高集成度單芯片鋰離子電池保護處理方案

高集成度單芯片鋰離子電池保護處理方案

目前鋰離子電池的使用越來越廣泛，從手機、Mp3、Mp4、GpS、玩具等便攜式設備到需要繼續保存數據的煤氣表，其市場容量已經達到每月幾億只。為了戒備鋰離子電池在過充電、過放電、過電流等異常狀態影響電池壽命，通常要通過鋰離子電池保護裝置來戒備異常狀態對電池的損壞。

鋰離子電池保護裝置的電路原理如圖1所示，主要是由電池保護控制IC和外接放電開關M1以及充電開關M2來實現。當p+/p-端連接充電器，給電池正常充電時，M1，M2均處于導通狀態；當控制IC測試到充電異常時，將M2關斷終止充電。當p+/p-端連接負載，電池正常放電時，M1，M2均導通；當控制IC測試到放電異常時，將M1關斷終止放電。

圖1：鋰離子電池保護裝置電路原理。

幾種現有的鋰離子電池保護方案

圖2是基于上述鋰離子電池保護原理所設計的一種常用的鋰離子電池保護板。圖中的SOT23-6L封裝的是控制IC，SOp8封裝的是雙開關管M1，M2。由于制造控制IC的工藝與制造開關管的工藝各不相同，因此圖2中兩個芯片是從不同的工藝流程中制造出來的，通常這兩種芯片也是由不同的芯片廠商提供。

圖2：傳統的電池保護方案。

近幾年來，業界出現了將幾個芯片封裝在一起以提高集成度、縮小最后方案面積的趨勢。鋰離子電池保護市場也不例外。圖3中的兩種鋰離子電池保護方案A及B看起來是將圖2中的兩個芯片集成于一個芯片中，但實際上其封裝內部控制器IC及開關管芯片仍是分開的，來自不同的廠商，該方案僅僅是將二者合封在一起，俗稱“二芯合一”。

圖3：“二芯合一”的鋰離子電池保護方案。

由于內部兩個芯片實際仍來自于不同廠商，外形不能很好匹配，因此導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，又不能節省外圍元件，所以這種“二芯合一”的方案實際上并省不了太多空間。在成本方面，雖然兩個封裝的成本縮減成一個封裝的成本，但由于這個封裝通常比較大，有的不是通用封裝，有的為了縮小封裝尺寸，需要用芯片重疊的封裝形式，因此與傳統的兩個芯片的方案相比，其成本優點并不分明。

圖4是一種真正的將控制器芯片及開關管芯片集成在同一晶圓的單芯片方案。傳統方案原理圖1中的開關管是N型管，接在圖1中的B-與p-之間，俗稱負極保護。圖4中的方案由于技術原由，開關管只能改為p型管，接在B+與p+之間，俗稱正極保護。用此芯片完成保護板方案后，在測試保護板時用戶需要更換探測設備及理念。此方案雖然減少了一定的封裝成本，但芯片成本并沒有得到減少，在與量大成熟的傳統方案競爭時也沒有真正的成本優點。相反其與傳統方案不相容的正極保護理念成了其推廣過程的巨大障礙。

圖4：正極保護的鋰離子電池保護方案。

上面的“二芯合一”方案及單芯片正極保護方案雖然在方案面積及成本上給用戶帶來了一定的優點，但優點仍不分明。這些方案同時又帶來了一些弊端，因此在與成熟的傳統方案競爭客戶的過程中，最終還是只能以降低毛利空間來打價格戰。由于這些方案的真正原始成本并沒有分明的優點，所以隨著傳統方案的控制IC及開關管芯片的降價，這些“二芯合一”的方案或正極保護方案并沒有能夠撼動傳統方案的市場統治地位。

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