RICOH单节锂离子电池保护IC用户手册

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RICOH 单节锂离子电池保护IC 用户手册

一、规格书相关问题 ( 23个，正文第1页～第8页)

1. 过充相关(VD1)

1) 过充电保护解除方法?

2. 过放相关(VD2)

1) 过放电保护解除方法?

2)如何确定芯片有哪些型号是锁存型、哪些型号是电平解除型？

3. 过流、短路相关(VD3,Vshort)

1) “过流”指的是放电过电流还是充电过电流?

2) 如何选择放电过电流检测阈值Vdet3？

3) 过流(放电过电流) 保护解除方法?

4) 短路保护解除方法?

5) 电平解除型(Auto-release type)芯片的过流/短路保护的解除方式和锁存型(Latch type)芯片的

过流/短路保护的解除方式有什么不同？

4. 充电过流保护相关(VD4)

1) 充电过电流保护解除方法?

2) 电平解除型(Auto-release type)芯片的充电过流保护的解除方式和锁存型(Latch type)芯片的

充电过流保护的解除方式有什么不同？

3)所有型号的单节电池保护IC都有充电过流保护功能吗？

5. 其它功能

1) 哪些保护模式中芯片是处于待机模式（休眠模式）的?

2) 规格书的电气特性表里为什么会有两种不同的待机电流值？

3) 单节电池保护IC 的COUT 和DOUT 输出端的驱动能力有多大？

4) 单节保护IC 的抗ESD 性能如何？

5) 延时短缩模式(DS mode)的目的是什么？会影响正常工作模式吗？

6) 延时短缩模式和充电过流检测都涉及到V-引脚上的负电压值。这两种工作状态有冲突吗？

7) 延时短缩模式时V-引脚电压设置在什么范围内比较好？

8) 延时短缩模式时所有内置延时都能被短缩吗？短缩比率是固定的吗？

9)0V 充电允许最小电压和0V 充电最大禁止电压各是什么意思？两者有何区别和联系？

6. 数据及图表说明

1) 有关规格书中绝对最大额定值的说明

7. 其他

1)RICOH 不同型号的单节电池保护IC 各有什么特色？

2) 充电管理IC 的CV 值和保护IC 的过充电保护阈值有何关系？(如何通过充电管理IC 的规格来确定

保护IC的规格？反之亦成立。)

二、应用方案相关问题 ( 14个，正文第9页～第15页)

1. 过充相关(VD1)

暂无。

2. 过放相关(VD2)

1) 成品电池保护板发生自锁是怎么回事？如何解除自锁？又如何预防？

3. 过流、短路相关(VD3,Vshort)

1) 如果VD2和VD3(或VD2和Vshort) 同时发生，将会发生什么情况？

2) 做过流测试时发现实际检测延时小于tVdet3(过流检测延时) 且数值不固定，这是怎么回事？

3) 如果负载端一直接着一个负载，那么它会影响到过流保护解除吗？

4) 过流保护锁定以后，板子上为什么还会有较大消费电流？

5) 短路保护之后，移除异常负载，可是Dout 仍然为L ，环路电流仍然被切断，为什么？

6) 放电时，电池电压正常，负载正常，然而Dout 却在持续振荡，一般是哪里出了问题？该如何

排查？

4. 充电过流相关(VD4)

暂无。

5. 其它

1) 电池如果反接到保护板上去，芯片会发生什么情况？

2)SOT23-6封装的保护IC 有一个NC 引脚，在电路板上如何处理？

3) 单节电池保护方案中的外围元件的参考值范围？

4) 过放保护动作了，但电路板上仍然有大的消费电流，一般是怎么回事？

5) 可以通过在如下图所示的位置增加电阻R3的方法来自行设置更长的检测延时吗？

单节电池保护IC 用户手册

一、规格书相关问题

1. 过充相关(VD1)

1) 过充电保护解除方法?

回答：先定义过充电检测电压：Vdet1 过充电解除电压：Vrel1

不同型号解除方法不同：

电平解除型(Auto-release type)：

满足下列任意一个条件都可解除过充电保护：

①断开充电器且接上负载，当电池电压小于Vdet1时 就可以解除。

②只要当电池电压小于Vrel1 就可以解除

锁存型(Latch type):

只有断开充电器且接上负载，当电池电压小于Vdet1时 才可以解除。

单节电池保护IC

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一、规格书相关问题

2过放相关(VD2)

1) 过放电保护解除方法?

回答：先定义过放电检测电压：Vdet2 过放电解除电压：Vrel2

不同型号解除方法不同：

电平解除型(Auto-release type)：

①接上充电器，且电池电压大于Vdet2时可以解除。

或②不接充电器，只要当电池电压大于Vrel2时就可以解除。

锁存型(Latch type):

接上充电器，且电池电压大于Vdet2时才可以解除。

2)如何确定芯片有哪些型号是锁存型、哪些型号是电平解除型？

回答：

规格书里会给出芯片Code的每位所代表的含义。

以R5402N 的code 为例。如下所示：

Code的最后一位字母表明型号是电平解除型还是锁存型。

例如，如果您需要过充电解除为锁存型，过放电解除为电平解除型的话，请选末位字母为B 的Code 。

一、规格书相关问题

3过流、短路相关(VD3,Vshort)

1) “过流”指的是放电过电流还是充电过电流?

回答：

广义的“过流”包括放电过电流，短路过电流和充电过电流。其中，放电过电流和短路过电流发生在放电阶段；充电过电流发生在充电阶段。

狭义的“过流”是一种简称，仅指放电过电流。短路过电流简称为短路；充电过电流简称为充电过流。在通常情况下（讨论中或规格书中），如果提到过流，一般仅指放电过电流。

2) 如何选择放电过电流检测阈值Vdet3？

回答：

首先请先确认需要检测的过电流值为多少。比如负载最大工作电流的1.5倍为过流值。再确认充放电MOSFET 的导通内阻R on 为多少。比如一个MOSFET 的导通内阻为12~25mΩ；那么两个管子的总导通电阻R on 约为24~50mΩ。

根据上述两个值对放电过电流检测阈值Vdet3进行选择。

例：

Iload_max=2A, 过流值选择为其1.5倍=3A。

选择的MOSFET 内阻为20m Ω, 充电和放电MOS 管的总导通电阻Ron=40mΩ。

3A*40mΩ=0.12V。

可以选择Vdet3=0.125V (大于0.12V, 0.005V作为冗余) 。

3) 过流(放电过电流) 保护解除方法?

回答：断开负载就可以自动解除放电过电流保护。

4) 短路保护解除方法?

回答：方法同上。断开负载就可以自动解除短路保护。

5) 电平解除型(Auto-release type)芯片的过流/短路保护的解除方式和锁存型(Latch type)芯片的过流/短路保护的解除方式有什么不同？

回答：

没有什么不同，都是通过断开负载来自动解除过流保护的。

请注意：只有过充保护和过放保护的解除方式才有电平解除型(Auto-release type)和锁存型(Latch type)的区别。过流保护、短路保护的解除方式没有这样的区别，无论是电平解除型芯片还是锁存型芯片，都只需通过断开负载来自动解除过流保护/短路保护。

一、规格书相关问题

4. 充电过流保护相关(VD4)

1) 充电过电流保护解除方法?

回答：断开充电器并接上负载就可以解除充电过电流保护。

2) 电平解除型(Auto-release type)芯片的充电过流保护的解除方式和锁存型(Latch type)芯片的充电过流保护的解除方式有什么不同？

回答：

没有什么不同。无论是电平解除型芯片还是锁存型芯片，都是通过断开充电器并接上负载来解除充电过流保护的。

3)所有型号的单节电池保护IC都有充电过流保护功能吗？

回答：

目前，R5400和R5478系列的单节电池保护IC 没有充电过流保护功能；其它型号的单节电池保护IC 都有这项功能。可以从规格书的框图中看出有没有这项功能：如果框图内有充电过流检测器VD4的符号，说明这个型号的芯片有这项功能。

一、规格书相关问题

5. 其它功能

1) 哪些保护模式中芯片是处于待机模式（休眠模式）的?

回答：

只有在过放电保护实施之后，芯片才会进入待机模式（休眠模式）。

其它保护模式时（过流/短路/过充/充电过流），芯片不会进入待机模式。

2) 规格书的电气特性表里为什么会有两种不同的待机电流值？

回答：

根据型号的不同，芯片有两种不同的待机模式，所以有两种待机电流值(以R5402N为例)：过放电保护的解除方式为电平解除型的芯片：待机电流值=1.2uA(典型值）；

过放电保护的解除方式为锁存型的芯片:待机电流值数量级为几nA(典型值）,最大值0.1uA(25°C）。

3) 单节电池保护IC 的COUT 和DOUT 输出端的驱动能力有多大？

回答：

单节电池保护IC的COUT和DOUT都是CMOS态输出，所以驱动能力有限，无法驱动需要大电流的重负载。在规格书电气特性表里，对COUT和DOUT的驱动能力是用电压指标VOL1,V OH1,V OL2和VOH2来描述的。其中：

V OL1描述的是COUT引脚输出L电平时的驱动能力；

V OH1描述的是COUT引脚输出H电平时的驱动能力；

V OL2描述的是DOUT引脚输出L电平时的驱动能力；

V OH2描述的是DOUT引脚输出H电平时的驱动能力。

其它品牌的单节保护IC是以驱动电流或者等效输出电阻的方式来描述输出驱动能力的。描述方法虽然不同，但是通过换算可知，理光的单节保护芯片的输出驱动能力是高于或等同于同类产品的。

4) 单节保护IC 的抗ESD 性能如何？

回答：

IC的各个引脚均内置抗ESD电路模块，可以满足人体模型测试和机器模型测试要求。

在某些介绍材料中会提到抗ESD 性能可以达到±18kV甚至更大。这里有必要做一些澄清：

±18kV的静电测试为Gun ESD测试，不是针对IC来做的，而是针对已经安装了该IC的方案板做的。所以，介绍材料里提到的测试结果仅作为参考值使用，用来说明使用理光的保护IC的方案板可以通过该项测试；但是这项测试结果主要还是和不同的PCB 板的材质、层数、尺寸、版图设计等因素有关。如果要确保方案板可以顺利通过ESD 测试，客户需要更多地考虑上述因素。

5) 延时短缩模式(DS mode)的目的是什么？会影响正常工作模式吗？

回答：

延时短缩模式是为了方便客户做批量产品的延时测试时，可以缩短总的测试时间。

只要将V-引脚电压设定在延时短缩阈值上，就可以实现该功能，无需改动量产板的电路和版图，无需改动其它引脚的电压设定，所以不会影响量产板在完成该项测试后的正常工作。

6) 延时短缩模式和充电过流检测都涉及到V -引脚上的负电压值。这两种工作状态有冲突吗？回答：

不会有冲突。延时短缩模式：V-一般设定在-2V～-3V之间；充电过流保护：V-一般在-0.1V～-0.3V之间。这两种工作模式不会被同时触发启动，所以不会产生相互干扰。

7) 延时短缩模式时V-引脚电压设置在什么范围内比较好？

回答：

各种型号之间略有差异，详细请参照规格书中的概要、特点和工作原理说明部分。但是一般都设定在-2V～-3V范围之内。建议不要使用大于-2V的电压(例如-1.6V)，以确保芯片可靠工作。

8) 延时短缩模式时所有内置延时都能被短缩吗？短缩比率是固定的吗？

回答：

一般的，只有过充电检测延时和过放电检测延时可以被短缩。并且它们的短缩比率也不完全相同：过充检测延时一般可以短缩为正常值的1/60；过放检测延时的短缩比率会小一些。

不同的型号，过充电检测延时的短缩比率不一样。例如，R5402N 的这一比率=1/57；R5403：1/60；R5407：1/110。

另外，不同的型号，能够被短缩的延时的种类也不完全相同。例如，R5402N 可以缩短过充检测延时、过放检测延时以及过放解除延时；而R5403只能短缩过充电检测延时和过放电检测延时，不能短缩过放解除延时(这是由于过放解除延时在正常工作模式时也不是很长，所以在R5403型号中去除了针对这一延时的短缩机能) 。

所以，在使用某种型号的延时短缩模式时，请先通过规格书确认该具体型号可以被短缩的延时有哪些，过充电检测延时的短缩比率是多少，以及短缩模式下V-引脚电压的设定范围(典型值，最大和最小值) 。9)0V 充电允许最小电压和0V 充电最大禁止电压各是什么意思？两者有何区别和联系？

回答：

0V充电允许最小电压实际指的是充电器电压，全称应为：允许向电压是0V的电池充电的最小充电器的电压。0V 充电允许电压测试方法：设定初始充电器电压=VDD-V-=0V， 电池电压=VDD-VSS=0V。然后逐渐降低V-电压(换句话说，就是在保持电池电压=0V的同时逐步增加充电器电压)，当Cout输出由L 变H(例如，可以定义当Vcout=VDD电平时Cout 为H) 时的充电器电压记为此芯片的0V 充电允许电压。0V充电禁止最大电压实际指的是电池电压，全称应为：禁止充电器向电池继续充电的最大电池电压。0V 充电禁止电压测试方法：设定初始电池电压=VDD-VSS=0V，充电器电压=VDD-V-=4V。然后逐渐升高电池电压，(换句话说，就是在保持充电器电压=4V的同时逐步增加电池电压)，当Cout输出由L变H时的电池电压记为此芯片的0V充电禁止电压。所以，此时，电池电压其实并不是0V，而是高于0V的。这一点要千万注意。

RICOH的单节电池保护IC一般都有0V充电允许和0V充电禁止两种版本供客户选择。选择哪种版本是由客户所使用电芯的特性决定的。例如，某些客户使用的是自放电率很高的电池，这种情况下有些客户为了能延长电芯的使用期限，会考虑使用0V充电允许的版本；但是这里面也有隐患：如果电池工艺比较差，内部结构容易出现微短路等不可逆损坏的话，那么终端客户在给0V电池充电时可能会有危险，而这危险由于是电芯内部结构导致的，外围保护器件无法阻止。对于一些要确保安全性能的电池应用，使用0V 充电禁止不失为一种保守但安全的选择。

所以，综上所述，选择使用何种版本(0V充电允许/禁止) ，取决于客户对电芯的性能的把握。

各主要型号的单节保护IC 的0V 充电版本描述如下:

R5400：0V充电允许/禁止版本可选择。

R5402：0V充电允许。

R5403/05：0V充电允许/禁止版本可选择。

R5407/08/09：0V充电允许/禁止版本可选择。

R5478：0V充电允许。

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一、规格书相关问题

6. 数据及图表说明

1) 有关规格书中绝对最大额定值的说明

回答：

①请注意规格书中绝对最大额定值的测试条件：VSS=0V,Temp=25°C。

②我们不推荐客户将使用条件设置为超过绝对最大额定值。因为超过绝对最大额定值的 条件会引起芯片内部的显性或隐性损坏，严重影响芯片的安全性、可靠性和使用寿命。例如，目前只保证V-端的绝对最大额定电压值=VDD+0.3V。在某些充电器反接的情况下，V-电压可能会超过绝对最大额定值，达到VDD+0.7V，此时有可能V-引脚不会损坏，芯片仍然安全工作。

但是我们不推荐客户这样做，因为目前我们无法保证在超过绝对最大额定值的使用条件中，所有该类型的芯片能一直这样安全地运行下去。

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一、规格书相关问题

7. 其他

1)RICOH 不同型号的单节电池保护IC 各有什么特色？回答：

R5400：没有充电过电流(VD4)保护功能(同R5478) 。SOT23-5封装。

R5402：拥有所有保护功能，定位介于R5400和R5403/05之间。SOT23-6封装。R5403：相比R5400和R5402有更好的抗ESD 性能。SOT23-5封装。

R5405：性能同R5403。唯一区别是R5405采用PLP1820封装，R5403采用SOT23-5封装。R5406：小尺寸封装。

R5407/08/09：ESD 性能比较好。SOT 封装和PLP 封装都有(详见规格书) 。

R5478：没有充电过电流(VD4)保护功能。整体性能优于R5400。SOT23-6封装。R5471：小尺寸封装。高精度检测电压(过充电压检测精度=+/-10mV)。详细的产品定位和价格定位，请来电联系我司销售科。

2)充电管理IC的CV值和保护IC的过充电保护阈值有何关系？(如何通过充电管理IC的规格来确定保护IC的规格？反之亦成立。)回答：

这取决于充电电压阈值和过充保护电压阈值的精度以及它们的最小间距。

例如，充电电压阈值=4.2V，精度=±40mV；过充保护电压阈值的精度=±30mV；两个阈值间的最小间距=20mV。

那么确定的Vdet1的典型值=4.2+0.04+0.02+0.03=4.29V。反过来，也可以通过Vdet1确定所需的Vcharger 的阈值。

二、应用方案相关问题

1过充相关(VD1)暂无。

二、应用方案相关问题

2过放相关(VD2)

1) 成品电池保护板发生自锁是怎么回事？如何解除自锁？又如何预防？回答：

如果电路板上使用的保护芯片为过放保护解除锁存型，则有可能发生自锁。这是因为一旦电池正常放电或是被误触发导致了过放保护之后，除非电池电压回复到检测电压之上并且充电器连接着，否则保护板将始终无法恢复放电，称之为“自锁”。

发生自锁的原因多种多样，常见的有以下两种：①电池正常放电导致过放保护。

这主要是由于电池保护板长期放置不充电、电池自放电所致。一般发生在库存期。如何解除自锁：使用充电器给电池充电一段时间即可恢复。

如何预防：入库前，管理人员可以通过电池自放电率估算出电池大概何时会过放。然后在此期限之前给电池充电即可。这样定期给电池充电，可以保证绝大多数电池始终不会进入过放保护。

②ESD 事件误触发过放保护。

多发生在冬季的库存期、产品运输途中、以及流水线上操作时(终端产品组装时) 。

冬季天气干燥，仓库中易发生ESD 事件；产品运输途中，受搬运、天气、温度、路况等因素的干扰，也可能会发生ESD ；另外，终端产品组装过程中，也易受到人体ESD 干扰。这类ESD 事件，有可能会误触发过放保护导致自锁。

如何解除自锁：连接充电器激活一下电池即可。

如何预防：在各种可能产生ESD事件的环节中加强防ESD的管理即可。

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二、应用方案相关问题

3过流、短路相关(VD3,Vshort)

1) 如果VD2和VD3(或VD2和Vshort) 同时发生，将会发生什么情况？回答：

由于过放保护的检测延时比过流保护的检测延时长，所以如果两种情况同时发生，过流保护将优先动作，Dout 输出变为L ，切断放电回路。但是，有少数情况下，由于过大的电流瞬间将电池电压下拉得过低，过放保护将起主导的保护作用，但现象相同：Dout输出也是变为L，放电回路被切断。

VD2和Vshort同时发生时的情况及解释同上。

2) 做过流测试时发现实际检测延时小于tVdet3(过流检测延时) 且数值不固定，这是怎么回事？回答：

单节保护IC 中，过流检测延时和短路检测延时的发生机制相同，不同之处就在于两者之间有一定的倍率关系，例如，过流检测延时一般设定在12ms；短路检测延时一般是300us。两者差不多相差40倍。以某款型号的单节保护IC 为例，其Vdet3=0.1V, Vshort=0.8V。如果做过流检测时，V-端电压大于等于Vdet3且远小于Vshort，则保护检测延时等于12ms；如果V-端电压大于Vshort，则保护检测延时等于300us；如果V-电压大于Vdet3且小于Vshort，则有可能保护检测延时介于tVdet3(12ms)和tVshort(300us)之间，而且会由于每次测试中V-电压值的不同，导致实际保护延时值的不固定。3) 如果负载端一直接着一个负载，那么它会影响到过流保护解除吗？回答：

取决于该负载的大小。

定性的来讲，该常接负载越大，则对过流保护解除的影响会越小。反之，则有可能影响过流保护不能正常解除。这里面有一定的定量关系。需要预先估算一下。

以R5402_101KD为例来加以说明。如下图，R3是一个负载端常接电阻。芯片的过流保护解除电阻Rshort=50kΩ(最小值25k Ω，最大值75k Ω) ，Vdet3=0.2V。Vdet1=4.25V，Vdet2=2.5V。

过流或者短路保护实施之后，如果要锁定保护，V-电平必须保持在大于Vdet3的水平上。没有移除短路导线时，V-被强制拉高，所以保护一直锁定。如果移除短路导线，则V-的电平是由Rshort, R2和R3的分压决定的。数学表达式：V-=VDDxRshort/(Rshort+R2+R3)。假设电池电压在2.5V ～4.25V 范围内波动，则可以通过不等式运算得出，只要R3

如果逆向思维考虑，也可以用这种方法设计出过流保护不能自动解除的方案。

4) 过流保护锁定以后，板子上为什么还会有较大消费电流？回答：

较大的电流来自于芯片内部导通的过流保护解除电阻通路。该通路位于VSS 和V-引脚之间，典型电阻值约在50kohm 左右。对于单节3.6V 的电池来讲，过流保护锁定时该通路上的电流值约为70uA 。5) 短路保护之后，移除异常负载，可是Dout 仍然为L ，环路电流仍然被切断，为什么？回答：

这种异常情况往往发生在过放保护解除是锁存型的型号的应用中。

有时，在做大电流的过流或者短路保护测试时，保护动作以后，按照规格书所讲的解除过流或者短路保护的方法移除负载，可是却无法使Dout回复为H。这种情况往往是因为在发生过流或者短路时，也触发了过放保护所致(过大的放电电流流经电池，导致电池电压在短时间内被强制拉低到过放保护阈值以下) 。所以在移除负载后，并不能恢复放电，因为此时过放保护使Dout 状态维持在低电平(可以通过测试此时的V-引脚来验证：此时V-电平等于或略小于VDD电平)。

如何解决该问题：可以通过充电器激活此电池；或者是在考虑芯片型号时选择电平解除型，并且要注意过放保护解除电压阈值不要太高。

6) 放电时，电池电压正常，负载正常，然而Dout 却在持续振荡，一般是哪里出了问题？该如何排查？回答：

首先根据电池电压和负载正常排除发生过放保护异常和过流保护异常的可能性。

然后重点应该检查V-引脚到P-端之间的PCB 版图走线、元器件R2的性能和焊接、V-引脚的焊接是否有异常(见下图红线标注)。Dout端出现持续不明原因的振荡，往往是因为这一路某处开路导致。

R540X

二、应用方案相关问题

4充电过流(VD4)暂无。

二、应用方案相关问题

5其它

1) 电池如果反接到保护板上去，芯片会发生什么情况？回答：

如果电池反接，芯片无法正常工作。而且，有可能会有大电流从VSS引脚经IC内部流向VDD引脚，从而引起芯片完全失效。

所以，在组装电池包时，请确保电池没有被反接到保护板上去。2)SOT23-6封装的保护IC 有一个NC 引脚，在电路板上如何处理？回答：

请将NC引脚保持在悬空状态。

3) 单节电池保护方案中的外围元件的参考值范围？回答：

参考方案图中只给出了元器件的固定参考值。实际上这些值是可以在一定范围内调整的。参考值的调整范围请参考下表:①R540X

符号R1R2C1

R540X

目的滤波电阻逆充限流

滤波电容

典型值330Ω1k Ω0.1uF

参考范围②R5478

符号R1R2C1

目的滤波电阻逆充限流滤波电容

典型值330Ω1k Ω0.01uF

参考范围请注意：上述参数范围仅系参考值，请在实际的应用电路上进行充分的实测后再选定参数。

4) 过放保护动作了，但电路板上仍然有大的消费电流，一般是怎么回事？回答：

一般有两种可能情况。①MOSFET 损坏。

②IC 内部的VDD 至VSS 间的ESD 保护器件损坏。

在接触芯片时，第②种可能性更大。所以在接触芯片前，请务必做好ESD 防护(如手上戴防静电圈，使用防静电的镊子等) 。

5) 可以通过在如下图所示的位置增加电阻R3的方法来自行设置更长的检测延时吗？

R540X

R

回答：

本公司的产品无需通过增加R3的方法来延长检测延时。

如果确实有延长检测延时的需求的话，请先联系我司销售人员和设计者。设计者可以优先考虑通过调整内部设定的方法来帮助客户实现更长的保护延时。

但是，如果是为了防止充电控制用FET 被异常损坏，可以在如图的位置增加R3。阻值大小取决于FET 的性能。例如，可以选择R3=10kΩ。