高集成度單芯片鋰電池保護(hù)解決方案

高集成度單芯片鋰電池保護(hù)解決方案

　目前鋰電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從手機(jī)、MP3、MP4、GPS、玩具等便攜式設(shè)備到需要持續(xù)保存數(shù)據(jù)的煤氣表，其市場(chǎng)容量已經(jīng)達(dá)到每月幾億只。為了防止鋰電池在過(guò)充電、過(guò)放電、過(guò)電流等異常狀態(tài)影響電池壽命，通常要通過(guò)鋰電池保護(hù)裝置來(lái)防止異常狀態(tài)對(duì)電池的損壞。

　　鋰電池保護(hù)裝置的電路原理如圖1所示，主要是由電池保護(hù)控制IC和外接放電開(kāi)關(guān)M1以及充電開(kāi)關(guān)M2來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)P+/P-端連接充電器，給電池正常充電時(shí)，M1，M2均處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)控制IC檢測(cè)到充電異常時(shí)，將M2關(guān)斷終止充電。當(dāng)P+/P-端連接負(fù)載，電池正常放電時(shí)，M1，M2均導(dǎo)通；當(dāng)控制IC檢測(cè)到放電異常時(shí)，將M1關(guān)斷終止放電。

　　圖1：鋰電池保護(hù)裝置電路原理。

　　幾種現(xiàn)有的鋰電池保護(hù)方案

　　圖2是基于上述鋰電池保護(hù)原理所設(shè)計(jì)的一種常用的鋰電池保護(hù)板。圖中的SOT23-6L封裝的是控制IC，SOP8封裝的是雙開(kāi)關(guān)管M1，M2。由于制造控制IC的工藝與制造開(kāi)關(guān)管的工藝各不相同，因此圖2中兩個(gè)芯片是從不同的工藝流程中制造出來(lái)的，通常這兩種芯片也是由不同的芯片廠(chǎng)商提供。

　　圖2： 傳統(tǒng)的電池保護(hù)方案。

　　近幾年來(lái)，業(yè)界出現(xiàn)了將幾個(gè)芯片封裝在一起以提高集成度、縮小最后方案面積的趨勢(shì)。鋰電池保護(hù)市場(chǎng)也不例外。圖3中的兩種鋰電池保護(hù)方案A及B看起來(lái)是將圖2中的兩個(gè)芯片集成于一個(gè)芯片中，但實(shí)際上其封裝內(nèi)部控制器IC及開(kāi)關(guān)管芯片仍是分開(kāi)的，來(lái)自不同的廠(chǎng)商，該方案僅僅是將二者合封在一起，俗稱(chēng)“二芯合一”。

　　圖3： “二芯合一”的鋰電池保護(hù)方案。

　　由于內(nèi)部?jī)蓚€(gè)芯片實(shí)際仍來(lái)自于不同廠(chǎng)商，外形不能很好匹配，因此導(dǎo)致最終封裝形狀各異，很多情況下不能采用通用封裝。這種封裝體積比較大，又不能節(jié)省外圍元件，所以這種“二芯合一”的方案實(shí)際上并省不了太多空間。在成本方面，雖然兩個(gè)封裝的成本縮減成一個(gè)封裝的成本，但由于這個(gè)封裝通常比較大，有的不是通用封裝，有的為了縮小封裝尺寸，需要用芯片疊加的封裝形式，因此與傳統(tǒng)的兩個(gè)芯片的方案相比，其成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。

　　圖4是一種真正的將控制器芯片及開(kāi)關(guān)管芯片集成在同一晶圓的單芯片方案。傳統(tǒng)方案原理圖1中的開(kāi)關(guān)管是N型管，接在圖1中的B-與P-之間，俗稱(chēng)負(fù)極保護(hù)。 圖4中的方案由于技術(shù)原因，開(kāi)關(guān)管只能改為P型管，接在B+與P+之間，俗稱(chēng)正極保護(hù)。用此芯片完成保護(hù)板方案后，在檢測(cè)保護(hù)板時(shí)用戶(hù)需要更換測(cè)試設(shè)備及理念。此方案雖然減少了一定的封裝成本，但芯片成本并沒(méi)有得到減少，在與量大成熟的傳統(tǒng)方案競(jìng)爭(zhēng)時(shí)也沒(méi)有真正的成本優(yōu)勢(shì)。相反其與傳統(tǒng)方案不相容的正極保護(hù)理念成了其推廣過(guò)程的巨大障礙。

　　圖4：正極保護(hù)的鋰電池保護(hù)方案。

　　上面的“二芯合一”方案及單芯片正極保護(hù)方案雖然在方案面積及成本上給用戶(hù)帶來(lái)了一定的優(yōu)勢(shì)，但優(yōu)勢(shì)仍不明顯。這些方案同時(shí)又帶來(lái)了一些弊端，因此在與成熟的傳統(tǒng)方案競(jìng)爭(zhēng)客戶(hù)的過(guò)程中，最終還是只能以降低毛利空間來(lái)打價(jià)格戰(zhàn)。由于這些方案的真正原始成本并沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以隨著傳統(tǒng)方案的控制IC及開(kāi)關(guān)管芯片的降價(jià)，這些“二芯合一”的方案或正極保護(hù)方案并沒(méi)有能夠撼動(dòng)傳統(tǒng)方案的市場(chǎng)統(tǒng)治地位。