Confidential 3/4/5串用锂电保护IC R5432的介绍 2011年7月4日 株式会社リコー 電子デバイスカンパニー.

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1 Confidential 3/4/5串用锂电保护IC R5432的介绍 2011年7月4日 株式会社リコー 電子デバイスカンパニー

2 Confidential ■产品概要 ・使用高耐压30V工艺 ・耗电 12uA (Typ) ・检测功能
　・检测功能 　　　过充电检测、过放电检测、放电过电流检测1,2、短路检测、 　　　充电过电流检测 放电过电流1,2 、充电过电流、短路检测都可以通过外接可调电阻调节。 　・延迟时间 　　　过充电检测延时、短路检测延时、充电过电流检测延时内置。 　　　過放電検出遅延、放電過電流検出遅延１，２は外付けCで設定 　・0V充电可能 　・追加了级联功能 　・追加了均衡功能 　・追加了短线检测功能 　・封装：SSOP24

3 Confidential ■外接电路图 ・5串时

4 Confidential ■外接电路图 ・10串时 ・上侧IC的Cout与下侧IC的CTLC连接、 下侧IC的VDD处追加下拉电阻。
・上侧IC的Dout与下侧IC的CTLD连接

5 Confidential ■外接电路图 ・齐纳二极管的必要性
　・齐纳二极管的必要性 由于短路等原因大电流流过之后，一旦短路电流停止，加载在IC的电压会上升到峰值→为了不使IC处于过电压状态，使用齐纳二极管来提高可靠性。

6 Confidential ■外接电路图 ・齐纳二极管的效果 没有齐纳二极管 追加齐纳二极管后
　　・齐纳二极管的效果 没有齐纳二极管　　　　　　　　　　　　 追加齐纳二极管后 由于追加了齐纳二极管，Dout在关闭瞬间能抑制电池的峰值电压。

7 Confidential ■检测电压的设定范围和精度 过冲检测电压/ 均衡电压 过冲恢复电压/ 均衡恢复电压 过放检测电压 过放恢复电压
3.6V～4.5V /3.45V～4.45V 5mV步进 ±25mV 检测电压-0.1V～0.4V /检测电压-0.0V～0.4V 50mV步进 ±50mV 2.0V～3.0V 5mV步进 ±2.5% VDET2n＋0.2V～0.7V 100mV步进 ±2.5% 放电过电流1 放电过电流2 短路 充电过电流 0.05V～0.3V 0.010V步进±20mV 0.6V ±100mV 1.0V VSS－0.05V±30mV VSS－0.1V ±30mV VSS－0.2V ±30mV VSS－0.4V ±40mV

8 Confidential ■延时时间 过冲检测 延时时间 过放检测 延时时间 放电过电流1 检测延时时间 放电过电流2 短路 充电过电流
过冲检测 延时时间 过放检测 延时时间 放电过电流1 检测延时时间 放电过电流2 短路 充电过电流 1.0s 外接电容设定 300us 8ms

9 ■外接电容调节过放检测延时、放电过电流检测延时
Confidential ■外接电容调节过放检测延时、放电过电流检测延时 延时版本 过放电检测 延时时间(ms) 放电过电流检测 延时时间1(ms) 延时时间2(ms) A (研发中) CT1(nF)×1.85V/0.50uA CT1=330nF时、1.2s CT2(nF)×1.55V/0.50uA CT2=330nF时、1.0s ｔVDET31/100 CT2=330nF时、10ms B (量产中) CT1=33nF时、128ms CT2(nF)×1.5V/0.50uA CT2=3.3nF时、10.7ms ｔVDET31/6 CT2=3.3nF时、1.8ms ・内部电路 ・外接电路

10 Confidential ■通过可调电阻调节过电流检测 ・放电过电流1(A) = 放电过电流检测电压1(V) / Rsens(Ω)
・内部电路 ・外围电路

11 Confidential ■通过可调电阻调节过电流检测(例) ・放电过电流1(A) = 0.2(V) / 50m(Ω) = 4A
・内部电路 ・外围电路 1.0V 0.2V 0.6V -0.2V 50mW

12 Confidential ■放电过电流工作 ・通常状态 ・放电过电流检测时 ①连接大负载 ②ON ②ON->OFF PACK－
　・通常状态 　　・放电过电流检测时 ①连接大负载 ②ON ②ON->OFF PACK－ PACK－ ①OFF ③OFF→ON

13 Confidential ■放电过电流动作 ・放电过电流恢复时
・移除负载的话，因为③的MOS管处于ON的状态，PACK-的电位会被拉到与VSS一致。 ・PACK-的变化会由VMP检出，然后放电过电流恢复。 ・同时会恢复到通常状态。 PACK+ ①移除负载 ・VMP脚位的内部电路 ②OFF VSS PACK－ ③ON 虽然④会被Pack+拉高电位，但是由于移除了负载会被拉到与VSS一致的电位。

14 Confidential ■放电过电流恢复动作 ・关于放电过电流恢复电压 放电过电流・短路检测时原则上 Cout = H (VDD)输出
当检测出放电过电流，移除负载之后的VVMP会变成VDD-VSS电压在RCO1, RCO2和RDRAIN上的分压值。因此 VVMP = VDD×RDRAIN / (RCO1 + RCO2 + RDRAIN) VVMP < VDET3×0.5 (=min VREL3) 时，放电过电流恢复 选择RDRAIN, RCO1, RCO2的阻抗值时，请注意要使VVMP小于min VREL3。 Cout = H输出（VDD) VSS PACK－ ON

15 级联后会有加载Pack+电压（大于VDD电压)现象。
Confidential ■放电过电流恢复用MOSFET ・外接的理由 当接连的时候，过放电检出后Pack+与Pack-之间有负载的话，放电过电流恢复用MOSFET的Drain(漏极)会上升到与Pack+一样的电压。 →MOSFET内置的话，IC的耐压程度只能对应两个IC的级联。 　　・连接位置 如果与Pack-直接连接的话，一个MOSFET的情况下即使はCout=OFF时，也会有充电电流流过Body-diode。 VSS PACK－ 级联后会有加载Pack+电压（大于VDD电压)现象。

16 Confidential ■均衡功能 ・CELL1的均衡动作 CELL1电压 CB1输出电压 Bypass(旁路）電流 均衡电压以上
High(VC1) Level CELL1电压 / RCB1 均衡电压未满 Low(VC2) Level 0A 阻抗 旁路电流

17 Confidential ■均衡功能(评价电路) ・均衡电压=4.15V ・均衡恢复电压=3.95V 充电开始时电压

18 Confidential ■均衡功能（评价结果） ・4串电芯充电时的均衡动作范例 CELL2到达均衡电压 CELL1到达均衡电压 电压
开始充电 CELL1 CELL2 CELL3 CELL4 时间

19 Confidential ■均衡功能 ・旁路电流的设定
①全部电芯电压都大于均衡电压时，全部的MOSFET都会打开。根据电流值的大小会有无法充电的现象。所以请以下面的标准设定旁路电流。 　旁路电流　<　充电电流 ②旁路电流很小的话，均衡时间会很长。 ③旁路电流太大的话，容易对电池的内阻产生影响。

20 Confidential ■级联功能 　　・以下图的方式连接可以对应6串以上应用。

21 Confidential ■级联功能 有两个阈值 ・CTLC(CTLD)的阈值 ①常规动作・・・级联时上侧IC的Cout(Dout)=H信号
VDD2 ①常规动作・・・级联时上侧IC的Cout(Dout)=H信号 VDD+2.0V ②Cout(Dout) = Low信号 有两个阈值 VDD VDD-0.5V ③常规动作・・・使用一个IC不需要CTLC/CTLD控制时请与VSS短路。 VSS

22 Confidential ■级联功能（常规状态时的传输理论） ・常规状态的原理 ・下侧IC的CTLD输入电压 DOUT=High=VDD2
VDD+2.0V VDD-0.5V VSS VDD2 DOUT=High=VDD2 给下侧IC的CTLD脚输入VDD2时 由于上侧IC的存在不会因为外接MOSFET而强制关闭。 ①常规动作 ②外接MOSFET强制关闭 CTLD=VDD2 ③常规动作 外接MOSFET

23 Confidential ■级联功能（过放电状态的传输理论） ・上侧IC过放电状态时的原理 ・下侧IC的CTLD输入电压
VDD VDD+2.0V VDD-0.5V VSS VDD2 给下侧IC的CTLD输入VDD电压时由于上侧IC的存在、外接MOSFE会强制关闭。 DOUT=Low=VDD ①通常動作 ②外接MOSFET强制关闭 CTLD=VDD ③通常動作 外接MOSFET

24 Confidential ■级联功能（使用1个IC时） ・不需要级联时 下侧IC的CTLD输入电压 因为给CTLD输入VSS电压
VDD VDD+2.0V VDD-0.5V VSS VDD2 因为给CTLD输入VSS电压 所以外接MOSFET不会强制关闭。 ①常规动作 ②外接MOSFET强制关闭 CTLD=VSS ③常规动作 外接MOSFET

25 Confidential ■级联功能 VDD2 VDD1 ・级联时的动作（常规状态）
由于Pack- 电压 小于下侧ICVDD电压，即使级联时上侧IC的加载电压也只有CTLC/CTLD端。 VDD2 VDD1+约12V VDD1

26 Confidential ■级联功能（动作时） VDD2 VDD1 ・级联时的动作（过放电时）
放电用MOSFET关闭时，由于外接负载Pack-电压会被拉到Pack+的电位。 VDD2 ①因为Cout与VDD之间有diode的存在 　 电压会变为VDD1 + Vf 　　→不会引起IC的损坏 ②由于加载了 (Pack+ - VDD1) x RCO1 / (RCO1+RCO2) 的电压→要注意MOSFET的Gate耐圧 VDD1 ④ ③加载到放电过电流恢复用MOSFET的Drain的电压与Pack+电压基本相同 　 →要注意MOSFET的Drain ① OFF ④因为VMP与VDD之间有diode的存在 　 电压会变为VDD1 + Vf　　 →不会引起IC的损坏 ③ ② OFF

27 Confidential ■级联功能（动作时） VDD2 VDD1 ・级联时的动作（放电过电流）
放电用MOSFET关闭时，由于外接负载Pack-电压会被拉到Pack+的电位。虽然放电过电流恢复用MOSFET是打开的但是在连接负载的情况下③以外基本与过放电时的状况一样。 VDD1 ④ ① ③放电过流恢复用MOSFET的Drain是因为通过RDRAIN 来拉低充放电用MSOFET Drain的电位，所以基本与VSS电位一致。 OFF ② ON ③

28 Confidential ■3串，4串的延时缩短对应 ・SEL1、SEL2通过以下的原理来缩短3,4串的延时。 延时缩短1
Mode SEL1 SEL2 5串 常规 High 4串 常规 Low 5串 延时缩短1 4串 延时缩短1 Middle 3串 延时缩短1 5串 延时缩短2 4串 延时缩短2 3串 延时缩短2 延时缩短1 ・・・加速内部振荡器 延时时间能缩短为1/80 延时缩短2 ・・・tVdet1能缩短4ms的程度 　　 其他延时时间相同 *Middle是4V以上VDD的1/2的电压

29 Confidential ■3串、4串的对应 ・3串(无CB, 有断线检测) ・4串(有CB, 无断线检测）

30 Confidential ■过充电，过放电的原理 →电芯极端的不均衡发生时 Cout, Dout同时关闭 ・过充电，过放电的原理 CELL1
充电用外接MOSFET 放电用外接MOSFET 常规动作状态 ON 过充电检出状态 OFF 过放电检出状态 注）CELL3、CELL4、CELL5是通常状态时的原理 →电芯极端的不均衡发生时 　 Cout, Dout同时关闭

31 Confidential ■过充电，过放电恢复时的动作 ・过充电，过放电的恢复条件 ・滞回电路解除 一般的单节，双节保护芯片
过充电的恢复 过放电的恢复 电压降低而恢复 电压上升而恢复 ・滞回电路解除 一般的单节，双节保护芯片 → 通过过充电时移除充电器或外接负载， 　 过放电时连接充电器滞回电路会被解除 R5432与一般的单节，双节保护芯片不一样 没有过充电，过放电的滞回电路解除功能 →当级联的时、需要检测有无充电器同时 　需要很多外接元器件

32 Confidential ■没有滞回电路解除功能的注意点 ・过充电时 R5432在过充电检出后充电用MOSFET关闭 这个时候会产生大负载
OFF ON 大负载引起的电流 在充电用MOSFET的Body-diode上有大电流 →可能会引起MOSFET发热导致的损坏 请使用容许功耗大的或者 Body-diode能力高的MSOFET

33 Confidential ■没有滞回电路解除功能的注意点 ・过放电时 R5432在过放电检出后放电用MOSFET会关闭
这个时候会产生大电流充电 ON OFF 大的充电电流 放电用MOSFET的Body-diode上有大电流 →可能会引起MOSFET发热导致的损坏 请使用容许功耗大的或者 Body-diode能力高的MSOFET

34 Confidential ■ 断线检测功能 ・红色×部分可以检出断线状态。 ・断线时、COUT = HiZ输出 （充电不可状态）
　　　　　　（充电不可状态） * 当CTLT脚与VSS短路时 VC2～VC5的断线检测功能无效

35 Confidential ■ 断线检测功能 ・VC2～VC5的检测电路（摘录） 是用来破坏IC内部的阻抗的电路 控制电路
产生断线检测周期和测试断线检测 断线检测部（VD13COMP)

36 Confidential ■ 断线检测功能 ・例如VC3的检检测 用CTLT的充放电来做检测间隔
在一个周期内通过内部SW的打开来实施断线的测试 断线检出时 Cout=OFF VC3脚的动作

37 Confidential ■ 断线检测功能 ・例如VC3的检检测 因为打开时VC3会被切断 IC内部的VC3线会被拉升到VC2 产生时间
给出Cout=OFF的指令 VC3被拉升到VC2的话 Vdet1用的Comp.会反转 =>判断出已经断线

38 Confidential ■ 断线检测功能（注意点） ①与其他保护动作的关系 断线检测 过充电
如果在过冲电检测延时的过程中开始断线测试，计数器会被暂时重置，断线测试完成后检测动作再开始 =>过充电检测延时时间会长与设定值 双方都能检测出来 过放电 如果在过放电检测延时的过程中开始断线测试，计数器会被暂时重置，断线测试完成后检测动作再开始 =>过放电检测延时时间会长与设定值 过放电检出后不再进行断线检测 断线检出后同时也过放电检出时过放电优先 充电过电流 均衡 断线检测前均衡动作将停止

39 Confidential ■ 断线检测功能（注意点） ・断线检测 vs 过充电检测 因为断线测试开始，过冲电检测延时的计数器会被重置
过充电检测需要超过tVdet1的时间 检出时间=(1)+(2)+(3) > tVdet1 (1)断线测试前计数时间 (2) = 約1.2秒、(3)=tVdet1(1秒)

40 Confidential ■ 断线检测功能（注意点） ・断线检测 vs 过放电检测 因为断线测试开始，过放电检测延时的计数器会被重置
过充电检测需要超过tVdet2的时间 检出时间=(1)+(2)+(3) > tVdet2 (1)断线测试前计数时间 (2) = 約1.2秒、(3)=tVdet2

41 Confidential ■ 断线检测功能（注意点） ②无法检测状态 发生断线检测时，根据上下连接电芯电压 有可能无法检出断线状态
①even_sw =>H ②VC3 pull up to VC2 ③Comp_in < Vref 2.5V =>电压过低时CVC2, CVC3容量 　需要相当的充放电时间 　检测时间内无法检出 ②pull up to VC2 ①L=>H ③input of comparator is not over detecting voltage =>cannot detect wire breaking 2.5V

42 Confidential ■ 断线检测功能（注意点） ③外接元器件 使用CCTLT = 3.3uF
太大的话过充电，过放电无法检测的时间会变长 　太小的话断线端的拉高或拉低所用的时间会变短，无法检测状态的 　区域会变大。 使用CVCX = 0.1uF =>太大的话断线端的拉高或拉低所用的时间会变长，无法检测状态的 使用CCT1 = 0.47uF =>太小的话，在均衡动作时发生断线的话 　 断线测试前停止均衡动作时，引脚的电压降低、 　 断线测试开始前以处于过放电状态。 使用断线检测功能时、请尽量控制这些可变因素

43 Confidential ■ 断线检测功能（VDD、VSS的断线） ・VDD & VC1断线的检测 ・VSS的断线检测
由于内部电路的消耗电流会把两端的电压 拉低到比VC2稍低的电位 ->这样的话通过0VDET2电路可以检测出来 ・VSS的断线检测 VSS发生断线时 由于内部电路的消耗电流会把VSS电压 拉高到比VC5稍高的电位 ->这样的话通过0VDET4电路可以检测出来 断线点 检测电路 COUT脚 VDD（VC1） 0VDET2 Low VSS 0VDET4

44 Confidential ■ 断线检测功能（VDD、VSS的断线） ・级联时的外接电路 1.上侧IC的VSS和下侧IC的VDD分开连接
=>虽然利用IC的消耗电流能够检测VDD,VSS 的断线，如果把两端连接在一起的话， 由于双方本身的IC消耗电流来改变 电位。这样将无法检测断线。 2.上侧IC的Cout下拉电阻与下侧IC的VDD连接 =>因为下侧IC的CTLC的阈值是以IC内部的VDD 为基准设计的，所以只有上侧IC的Cout通过 输出HiZ使电位拉低到下侧IC的VDD一致， 这样才能Cout才能关闭。

45 Confidential ■ Q&A Q. R5432是否有待机模式？ A. 因为要对应级联功能，所以没有待机模式。
规格书没有包含Cout的开漏输出电流，Cout的下拉电阻很小的时候 这个电流会变的很大。 Q. 均衡输出时会振荡。 均衡电压设定时，如果没有滞回电压的话，靠近检测电压时输出会有 振荡现象。充电后振荡现象会消除。 Q. 过冲电过放电无法检测。 A. 请确认CTLT的电容是否开路或者容量很小。 　 不需要对VC2～5进行断线检测时，请与VSS短接。

46 Confidential ■ Q&A Q. 最多能级联到多少？ A. 原则上是可以无限制级联。
但是由于总电压会变的非常高，会非常容易受到电压变化的影响。 请在注意电路的基础上，更需要详细的评价（特别是短路时要注意）。 Q. 过充电检测电压变低 A. 达到充电完成（过充电检测）的电压值附近时，充电电流是否有变大现象？　 因为充电时电池内部阻抗的影响会使让电池电压变大，充电停止后测试的 电池电压会比充电时低。同时，充电停止后电池电压即使小于过冲电检测 电压同时大于恢复电压时，Cout还是处于关闭状态，无法充电。 Q. 各个输出脚的输出阻抗是多少？ A. Cout, Dout为3kΩ、 CBx：L=>H时7kΩ, H=>L时3kΩ

47 Confidential ■ Q&A Q. 电器特性表上虽然标示了IC的从VSS端流出的消耗电流
但是没有标示各个电芯的消耗电流，各个电芯的耗电有多大？ A. 通常大约2.0uA左右。 　 但是根据IC的状态（过充电，过放电等）会有若干变化。 Q. 2处以上的断线是否能检出？ 2处以上断线时，根据断线点的不同IC有可能无法正常工作 Q. A.