磷酸铁锂电池保护芯片S-8209A系列的应用示例-USB迷|专注于互联网分享

2024年3月9日发(作者：盛秋灵)

CMOS IC应用手册

S-8209A系列是带电量平衡功能的电池保护用IC。

本应用手册是说明有关使用S-8209A系列的具有代表性的电路连接示例的参考资料。

有关产品的详情和规格，请确认该产品的数据表。

使用S-8209A系列可构成以下应用电路。

• 2节以上的多节电池串联保护电路

• 带电量平衡功能的电池保护电路

S-8209A系列的应用示例

Rev.1.0_00• 使用S-8209A系列的多节电池串联保护电路

S-8209A

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S-8209A系列的应用示例

CMOS IC应用手册Rev.1.0_00目录

1. 使用S-8209A系列的多节电池串联保护电路...............................................................................................3

1.1 电池保护IC的连接示例......................................................................................................................................3

1.2 工作说明...........................................................................................................................................................4

1.2.1 通常状态......................................................................................................................................................4

1.2.2 禁止充电状态...............................................................................................................................................5

1.2.3 禁止放电状态...............................................................................................................................................6

1.2.4 电量平衡功能...............................................................................................................................................7

1.2.5 延迟电路......................................................................................................................................................7

1.3 时序图..............................................................................................................................................................8

1.3.1 过充电检测...................................................................................................................................................8

1.3.2 过放电检测...................................................................................................................................................9

2. 备有过放电状态通信功能的应用电路示例................................................................................................10

2.1 电池保护IC的连接示例....................................................................................................................................10

2.2 工作说明.........................................................................................................................................................11

2.3 过放电检测的时序图.......................................................................................................................................12

3. 注意事项..................................................................................................................................................13

4. 相关资料..................................................................................................................................................13

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S-8209A系列的应用示例1. 使用S-8209A系列的多节电池串联保护电路

S-8209A系列可以通过将CTLC、CTLD端子与其他的S-8209A系列CO、DO端子相连，构成多个串联连接电池的保护电路。

1. 1 电池保护IC的连接示例

图1表示使用S-8209A系列的多节电池串联保护电路示例。

EB+

Tr1

510 kΩ

1 MΩ

1 MΩTr2

510 kΩCO1

DO1470 ΩVDD1

CDT1

0.01 μF

0.1 μFS-8209A

(1)

CB1

CTLC1CTLD11 kΩ1 kΩCO2

DO2VDD2

CDT2

0.1 μF

VSS1

CBFET1

BAT1470

ΩS-8209A

(2)

CB2

CTLC2CTLD21 kΩ1 kΩCO3

DO3VDD3

CDT3

0.1 μF

VSS2

CBFET2

BAT2470 ΩS-8209A

(3)

CB3

1 MΩ

CFET

EB−

DFET

1 kΩ1 kΩ1 MΩCTLC3CTLD3VSS3

CBFET3

BAT3

图1

注意 1. 上述参数有可能未经预告而更改。

2. 上述连接图以及参数仅供参考，并不作为保证工作的依据。请在进行充分的评价基础上设定实际的应用电路的参数。

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1.2 工作说明

在此说明图1中的使用S-8209A系列的多节电池串联保护电路示例的工作。

1. 2. 1 通常状态

以下对通常状态下的工作进行说明。

CMOS IC应用手册Rev.1.0_00由于CTLC3、CTLD3端子分别被下拉至VSS3电位，因此当BAT3高于过放电检测电压(VDL)且低于过充电检测电压(VCU)时，S-8209A (3)变为通常状态。CO3, DO3端子均变为VSS3电位。

由于CTLC2、CTLD2端子分别通过CO3、DO3端子被下拉至VSS3电位，因此当BAT2高于VDL且低于VCU时，S-8209A

(2)变为通常状态。CO2、DO2端子均变为VSS2电位。

由于CTLC1、CTLD1端子分别通过CO2、DO2端子被下拉至VSS2电位，因此当BAT1高于VDL且低于VCU时，S-8209A

(1)变为通常状态。CO1、DO1端子均变为VSS1电位。

通常状态下各端子的状态如表1所示。

表1

CTLC端子 CTLD端子

CTLC3 = VSS3

CTLC2 = VSS3

CTLC1 = VSS2

CTLD3 = VSS3

CTLD2 = VSS3

CTLD1 = VSS2

电池的状态 CO端子 DO端子

VDL＜BAT3＜VCU

VDL＜BAT2＜VCU

VDL＜BAT1＜VCU

CO3 = VSS3

CO2 = VSS2

CO1 = VSS1

DO3 = VSS3

DO2 = VSS2

DO1 = VSS1

通常状态下的S-8209A (1)通过外接在CO1、DO1端子上的双极晶体管(Tr1, Tr2)，使充电控制用FET(CFET)、放电控制用FET(DFET)均变为“ON”。

因此，可以通过连接在EB+－EB−之间的充电器或负载进行充放电。

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1. 2. 2 禁止充电状态

S-8209A系列的应用示例以下以S-8209A (3)检测到过充电，S-8209A (2)、(1)处于通常状态时为例，对禁止充电状态的工作进行说明。

由于充电当BAT3≥VCU时，S-8209A (3)变为过充电状态，CO3端子变为高阻抗状态。

S-8209A (2)的CTLC2端子通过CTLC端子源极电流(ICTLCH)被VDD2端子上拉。因CO3端子处于高阻抗状态，所以CTLC2端子也随之变为VDD2电位。因此，当CTLC2端子电位≥CTLC端子H电压(VCTLCH)时，S-8209A (2)也变为过充电状态，CO2端子变为高阻抗状态。

同样，S-8209A (1)的CTLC1端子通过ICTLCH被VDD1端子上拉。因CO2端子处于高阻抗状态，所以CTLC1端子也随之变为VDD1电位。因此，当CTLC1端子电位≥VCTLCH时，S-8209A (1)也变为过充电状态。

在这种情况下的各端子的状态如表2所示。

表2

CTLC端子 CTLD端子

CTLC3 = VSS3

CTLC2 = VDD2

CTLC1 = VDD1

CTLD3 = VSS3

CTLD2 = VSS3

CTLD1 = VSS2

电池的状态 CO端子 DO端子

VCU≤BAT3

VDL＜BAT2＜VCU

VDL＜BAT1＜VCU

CO3 = High-Z

CO2 = High-Z

CO1 = High-Z

DO3 = VSS3

DO2 = VSS2

DO1 = VSS1

过充电状态的S-8209A (1)通过外接在CO1端子上的双极晶体管(Tr1)使CFET变为“OFF”。在这种情况下，禁止通过连接在EB+－EB−之间的充电器进行充电。

进行如上所述的工作后，可经由CO端子－CTLC端子进行通信，将过充电状态从下段(S-8209A (3))传送到上段(S-8209A (1))。

当BAT1或BAT2≥VCU时，也同样禁止进行充电。

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1. 2. 3 禁止放电状态

CMOS IC应用手册Rev.1.0_00以下以S-8209A (3)检测到过放电，S-8209A (2) 、(1)处于通常状态时为例，对禁止放电状态的工作进行说明。

由于放电当BAT3≤VDL时，S-8209A (3)变为过放电状态，DO3端子变为高阻抗状态。

S-8209A (2)的CTLD2端子通过CTLD端子源极电流(ICTLDH)被VDD2端子上拉。因DO3端子处于高阻抗状态，所以CTLD2端子也随之变为VDD2电位。因此，当CTLD2端子电位≥CTLD端子H电压(VCTLDH)时，S-8209A (2)也变为过放电状态，DO2端子变为高阻抗状态。

同样，S-8209A (1)的CTLD1端子通过ICTLDH被VDD1端子上拉。因DO2端子处于高阻抗状态，所以CTLD1端子也随之变为VDD1电位。因此，当CTLD1端子电位≥VCTLDH时，S-8209A (1)也变为过放电状态。

在这种情况下的各端子的状态如表3所示。

表3

CTLC端子 CTLD端子

CTLC3 = VSS3

CTLC2 = VSS3

CTLC1 = VSS2

CTLD3 = VSS3

CTLD2 = VDD2

CTLD1 = VDD1

电池的状态 CO端子 DO端子

BAT3≤VDL

VDL＜BAT2＜VCU

VDL＜BAT1＜VCU

CO3 = VSS3

CO2 = VSS2

CO1 = VSS1

DO3 = High-Z

DO2 = High-Z

DO1 = High-Z

过放电状态的S-8209A (1)通过外接在DO1端子上的双极晶体管(Tr2)使DFET变为“OFF”。在这种情况下，禁止通过连接在EB+－EB−之间的负载进行放电。

进行如上所述的工作后，可经由DO端子－CTLD端子进行通信，将过放电状态从下段(S-8209A (3))传送到上段(S-8209A (1))。

当BAT1或BAT2≤VDL时，也同样禁止进行放电。

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1. 2. 4 电量平衡功能

S-8209A系列备有以下2种的电量平衡功能。

(1) 充电电量平衡功能

S-8209A系列的应用示例在图1中，由于充电当BAT3≥电量平衡检测电压(VBU)时，S-8209A (3)的CB3端子变为VDD3电位。经此工作，电量平衡控制用FET(CBFET3)变为“ON”，通过电量平衡控制用FET对流入BAT3的充电电流进行分流。

这时，如果BAT1、BAT2低于VBU，与BAT1、BAT2的充电速度相比，则BAT3的充电速度显得相对平稳。这称为充电电量平衡功能。不论哪个电池的电压达到VBU，各自相对应的电量平衡控制用FET会变为“ON”，从而调整好电量平衡。

另外，由于放电，电池电压再次下降到电量平衡解除电压(VBL)以下时，S-8209A系列会使电量平衡控制用FET变为“OFF”。

(2) 放电电量平衡功能

如“1. 2. 3 禁止放电状态”所述，由于放电当BAT3≤VDL时，S-8209A (3)变为过放电状态，接着，通过DO3端子－CTLD2端子，S-8209A (2)也随之变为过放电状态。

这时，如果BAT2高于VDL，S-8209A (2)会使电量平衡控制用FET(CBFET2)变为“ON”。这称为放电电量平衡功能。接着，通过DO2端子－CTLD1端子，S-8209A (1)也随之变为过放电状态。同样，如果BAT1高于VDL，S-8209A (1)会使电量平衡控制用FET(CBFET1)变为“ON”。

进行如上所述的工作后，当BAT3达到VDL以后，由于电压比BAT3高的BAT1、BAT2会通过各自的电量平衡控制用FET(CBFET1、CBFET2)进行放电，因此，经过一段时间后会调整好电量平衡。

当BAT1、BAT2的电压下降到VDL以下时，则电量平衡控制用FET会分别变为“OFF”。

注意组装如图1所示的保护电路时，在包含有电压≥VBL或电压≤过放电解除电压(VDU)的电池的情况下，在电池连接后，电量平衡控制用FET有可能变为“ON”。

1. 2. 5 延迟电路

如图1所示，仅在S-8209A (1)的CDT1端子上连接延迟电容时，无论哪个电池进行检测，均可以获得几乎相同的检测延迟时间(tDET)和解除延迟时间(tREL)。

(1) 检测延迟时间 (tDET)

由于充电当BAT3≥VCU时，由于CDT3上没有连接电容，经数百μs左右的延迟时间后，CO3变为高阻抗状态，CTLC2端子变为VDD2电位。

同样，当CTLC2端子电位≥VCTLCH时，经数百μs左右的延迟时间后，S-8209A (2)的CO2端子变为高阻抗状态。

由于S-8209A (1)的CDT1端子上连接有0.01 μF的电容，经10.0 [MΩ] (典型值)×0.01 [μF] = 0.1 [s] (典型值)的延迟时间后，CO1变为高阻抗状态。

进行如上所述的工作后，由于整体的延迟时间可根据S-8209A (1)的延迟时间来确定，因此，无论哪个电池进行检测，均可以获得几乎相同的检测延迟时间。

(2) 解除延迟时间 (tREL)

S-8209A系列也备有解除延迟时间(tREL)，可将解除延迟时间设定为检测延迟时间的约10分之1。和检测延迟时间一样，当仅在S-8209A (1)的CDT1端子上连接延迟电容时，可获得几乎相同的解除延迟时间。

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S-8209A系列的应用示例

1.3 时序图

1. 3. 1 过充电检测

tDETVCU (1)

VBU (1)

VBL (1)

VCL (1)

VDD1

VSS (1)

CB1

tDETtREL

CMOS IC应用手册Rev.1.0_00tREL

VDD1VCU (2)

VBU (2)

VBL (2)

VCL (2)

VDD2

VSS (2)

CB2

CB2VDD2VCU (3)

VBU (3)

VBL (3)

VCL (3)

VDD3

CB3

VSS (3)

VDD (1)

CO1

CO2

CO3

CFET门极电压

VDD3CB3VDD (2)

VDD (3)

VSS (3)

EB−

连接充电器

连接负载

通常状态

禁止充电状态通常状态

*1. 在此期间内，放电电流可经由CFET的寄生二极管流入。

图2

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1. 3. 2 过放电检测

tDETtRELS-8209A系列的应用示例tREL

VDU (1)

VDL (1)

CB1VSS (1)

CB1VDU (2)

VDL (2)

CB2VSS (2)

CB2VDU (3)

VDL (3)

VSS (3)

VDD (1)

VDD (2)

VDD (3)

DO1

DO2

DO3

DFET门极电压

VSS (3)

连接充电器

连接负载

通常状态禁止放电状态

通常状态

*1. 在此期间内，充电电流可经由DFET的寄生二极管流入。

图3

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CMOS IC应用手册Rev.1.0_002. 备有过放电状态通信功能的应用电路示例

2. 1 电池保护IC的连接示例

可通过添加双极晶体管(Tr3, Tr4)来增加通信功能，将过放电状态从最上段(S-8209A (1))传送到最下段(S-8209A (3))。

EB+

Tr1

510 kΩ

1 MΩ

1 MΩTr2

510 kΩCO1

DO1470 ΩVDD1

CDT1

0.01 μF

0.1 μFS-8209A

(1)

CB1

CTLC1CTLD11 kΩ1 kΩCO2

DO2VDD2

CDT2

0.1 μF

VSS1

CBFET1

BAT1470

ΩS-8209A

(2)

CB2

CTLC21 MΩ

Tr3

1 kΩ4.7 MΩ

1 kΩCO3

DO3VDD3

CDT3

0.1 μF

CTLD2VSS2

CBFET2

BAT2470 Ω4.7 MΩ1 MΩ

CFET

EB−

DFET

1 MΩ1 MΩ

1 kΩTr4

S-8209A

(3)

CB3

CTLC3CTLD31 kΩVSS3

CBFET3

BAT3

图4

注意 1. 上述参数有可能未经预告而更改。

2. 上述连接图以及参数仅供参考，并不作为保证工作的依据。请在进行充分的评价基础上设定实际的应用电路的参数。

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2. 2 工作说明

在此说明图4的使用S-8209A系列的多节电池串联保护电路例的工作。

S-8209A系列的应用示例通过在图1的电路中添加的双极晶体管(Tr3, Tr4)，可增加从最上段(S-8209A (1))至最下段(S-8209A (3))的过放电状态通信功能。借此，即使S-8209A (1) ~ (3)的任意一方最初处于过放电状态，由于可以使其他所有的S-8209A系列的电量平衡控制用FET(CBFET)变为“ON”，因此可确实地调整好电量平衡。

以下以S-8209A (2)检测到过放电，S-8209A (1) 、(3)处于通常状态时为例，说明一下禁止放电状态的工作。

1. 由于放电当BAT2≤VDL时，S-8209A (2)变为过放电状态，DO2端子变为高阻抗状态。

2. 通过DO2端子－CTLD1端子，S-8209A (1)也变为过放电状态。

3. 利用放电电量平衡功能，S-8209A (1)使电量平衡控制用FET(CBFET1)变为“ON”。

4. 过放电状态的S-8209 (1)通过双极晶体管(Tr2)使DFET变为“OFF”，禁止向EB+－EB−之间所连接的负载放电。

5. 由于EB+－EB−之间所连接的负载，EB–端子被上拉。

6. Tr3、Tr4均变为“OFF”，S-8209A (3)的CTLD3端子变为高阻抗状态。

7. S-8209A (3)也变为过放电状态，利用放电电量平衡功能使电量平衡控制用FET(CBFET3)变为“ON”。

进行如上所述的工作后，由于BAT2的电压下降，即使在S-8209A (2) 最初检测到过放电的情况下，也可以通过Tr3、Tr4进行通信，将过放电状态从S-8209A (1)传送到S-8209A (3)，其结果是S-8209A (1) ~ (3)的所有端子均转变为过放电状态，当各BAT均高于VDL时，通过放电电量平衡功能调整好电量平衡。

当BAT1 ~ 3的电压下降到≤VDL时，各自的电量平衡控制用FET变为“OFF”。

另外，禁止放电后，在EB+－EB−之间连接充电器时，Tr3、Tr4变为“ON”，CTLD3端子会被下拉至VSS3电位。因此，即使BAT3的电压尚未下降到≤VDL，S-8209A (3)的放电电量平衡控制用FET(CBFET3)也会变为“OFF”。

注意组装如图4所示的保护电路时，即使是在没有电压≥VBL或电压≤过放电解除电压(VDU)的电池的情况下，在电池连接后，电量平衡控制用FET有可能变为“ON”。此时，可在EB+－EB−之间连接充电器，即可使电量平衡控制用FET变为“OFF”。

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S-8209A系列的应用示例

2. 3 过放电检测时序图

tDETtRELCMOS IC应用手册Rev.1.0_00tREL

VDU (1)

VDL (1)

CB1VSS (1)

CB1VDU (2)

VDL (2)

VSS (2)

VDU (3)

VDL (3)

CB3VSS (3)

CB3

VDD (1)

VDD (2)

VDD (3)

DO1

DO2

DO3

DFET门极电压

VSS (3)

连接充电器连接负载

通常状态

禁止放电状态通常状态

*1. 在此期间内，充电电流可经由DFET的寄生二极管流入。

图5

12精工电子有限公司

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S-8209A系列的应用示例3. 注意事项

• 本资料中所登载的应用电路示例，是本公司IC产品中具有代表性的应用示例。

在使用之前，务请进行充分的测试。

• 利用本资料中所记载的应用电路进行批量设计生产时，务请注意外接元部件的偏差及其的温度特性。另外，有关登载电路的专利问题，本公司概不承担相应责任。

• 使用本公司的IC生产产品时，如因其产品中对该IC的使用方法或产品的规格、或因进口国等原因，使包括本IC产品在内的制品发生专利纠纷时，本公司概不承担相应责任。

4. 相关资料

有关S-8209A系列的详情，请参阅如下的数据表。

S-8209A系列数据表

本应用手册及数据表的内容，有可能未经预告而更改。

有关最新版本，请向本公司营业部咨询。

或访问SII的半导体Web网站，请选择产品种类和产品名，下载该产品的PDF文件。

SII半导体产品Web网站

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尽管本公司一向致力于提高质量与可靠性，但是半导体产品有可能按照某种概率发生故障或错误工作。为防止因故障或错误动作而产生人身事故、火灾事故、社会性损害等，请充分留心冗余设计、火势蔓延对策设计、防止错误动作设计等安全设计。