PCM基本原理分析
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目录
1. 工作环境 2. 必要性 3. 功能 4. 工作原理 5. 测试项目 6. 设计计划 7. 必须的工艺 8. 各个部品的作用 9. 信赖性检测项目
10. 多节电池的连接方法
1
PCM工作环境
电池
PCM
4.30 V 4.25 V 4.07V
电芯 损害 过度充电
PCM 动作
3.1 V 2.3 V 1.5 V 0.0 V
3. 过电流保护 电池出现异常高的电流将使得小用电设备出现错误和故障.
在这种情况下PCM动作并且关断过电流
4. 短路保护 它保护电池从外部短路 (硬币，钥匙等).
6
PCM的工作原理 (1)
1. 关断过度充电
B+ R1 C1
Cell
B-
I (current)
VDD
IC
VSS DOUT
VCOUT
1 day 2-3 days (2layer) 4-5 days (4layer)
1 day 2 Layer - 6 days 4 Layer - 8 days
11
PCM必须的工艺
电芯(nSnP)
应用软件 电路图
PCM 设计
结构图
物料清单
12
各个部件的作用 (1)
1. IC & FET
电芯电压 FET的输入电流
P+
load ID
R3
C4
P-
8
PCM工作原理 (3)
3. 关断过电流与短路
B+
I (current)
R1 C1 Cell
B-
VDD
IC
VSS DOUT
VCOUT
X
O
X FET
C2
检测 IC的Vcc与V-电压 : 如果电压超过 Vocd, 关断过流. 如果电压高过 Vscd, 关断短路
备注. Vocd : 过电流保护电压, Vscd : 短路电流检测电压
Over discharge release voltage Over discharge detection delay time
Over current detection Over current detection delay time
Short detection Consumption current (normal/save mode)
PCB
Functions 电压检测, 限流, 识别能力 (ID). 建立延时, 滤波 (消除噪声), 消除 ESD. 输入异常时 -> 关断 (烧毁) 跟保险管差不多的功能, 但是关断以后可以恢复过来. 检测电池的内部温度. ESD 保护 连接各个零部件和传输电池信号到充电器或用电器.
(选取 IC & FET)
PCB设计(工艺)
drawing（描述）
1) PCB绘制 2) 电路图 3) 元件分布图 4) 物料清单 1) PCB绘制 2) PCB GERBER文件
PCB制作
1) PCB排列图
PCM样品制作 PCM测试 合计
1) 样品 2) 检测报告
schedule（时间）
1 day
9.6mSec ~ 14.4mSec
Effect of internal resistance of FET
OK / NG Max 6.0 ㎂, Max 2.0㎂
R± 3%
10
PCM的设计计划
Items（名称）
项目资料检讨
PCB设计及打样
PCM样品制作& 测试
details（详细说明）
检讨结构图 检讨工艺
5
PCM的功能
1,过充电保护 如果电池充电出现不正常的情况 (故障, 错误, 不正确的充电), 它可能充电到4.2V以上. 在这种情况下, PCM动作关断充电.
2. 过放电保护 电池过度放电将使得用电设备（电话，个人电脑） 出现错误和故障. 在这种情况下, PCM动作并且 关断过放电并且保护电池不放电并保持一定的电压.
4
PCM的功能 (3)
保护锂电池: 提高安全性 & 延长生命周期
锂电池的问题
PCM的功能
过度的充电使电池阳极的电解液分解 造成电池内部压力上升 温度上升
过放电 内部短路 & 温度上升
过电流 & 外部短路 造成电池内部压力上升
温度上升
Apply PCM
关断过充电 关断过放电 关断过流 & 短路
O
X
FET X
C3 R2
C2
当电池过充时，检测电芯电压并切断MOSFET
P+
Charger ID
R3
C4
P-
7
PCM工作原理 (2)
2. 关断过度放电
B+ R1 C1
Cell
B-
I (current)
VDD
IC
VSS DOUT
VCOUT
X
O
X FET
C3 R2
C2
当电池过放电时，检测电芯电压并切断MOSFET
充电器 负载
检测
IC (控制器)
控制
FET (开关)
1) IC : 检测电芯电压, FET的输入电流, 充电器, 负载和驱动FET的导通与截止. 2) FET : 接受IC控制并执行开关作用.
13
各个部件的作用 (2)
2. 其他部件.
No
Parts
1
电阻
2
电容
3
Fra Baidu bibliotek保险丝
4
PTC
5
NTC
6
压敏电阻
7
正常工作
过度放电 电芯损害
正常工作
PCM 动作
负载
停止工作
充电设备
停止工作
正常工作
正常工作
停止工作
带充电
停止工作
2
PCM的必要性
过度充电
过电流 / 短路 过度放电
3
PCM的必要性 (2)
1. 锂电池 1) 优势: 高密度能源, 生命周期长, 没有记忆功能. 生命周期是镍电池与镍氢电池的2~3倍. 并且锂电池没有记忆功能. ※ 记忆功能 : 如果电池充满或者放电完, 将会缩减电池的存储量. 2) 劣势 : 可能发生的危险 ① 过度充电 → 温度上升 → 爆炸的危险 ② 过电流或者短路 → 温度上升 → 爆炸的危险 由于锂电池的危险性, 所以PCM是必要的.
C3 R2
P+
load ID
R3
C4
P-
9
PCM的测试项目
Test items
Over charge detection voltage Over charge release voltage
Over charge detection delay time Over discharge detection voltage
Others (ID, TH)
※ 依照 IC型号MM3090DNRE为例.
SPEC
Remarks
4.275V ~ 4.325V
4.070V ~ 4.130V
800mSec ~ 1200mSec
2.365V ~ 2.435V
2.830V ~ 2.970V
76.8mSec ~ 115.2mSec 2A ~ 7A
1. 工作环境 2. 必要性 3. 功能 4. 工作原理 5. 测试项目 6. 设计计划 7. 必须的工艺 8. 各个部品的作用 9. 信赖性检测项目
10. 多节电池的连接方法
1
PCM工作环境
电池
PCM
4.30 V 4.25 V 4.07V
电芯 损害 过度充电
PCM 动作
3.1 V 2.3 V 1.5 V 0.0 V
3. 过电流保护 电池出现异常高的电流将使得小用电设备出现错误和故障.
在这种情况下PCM动作并且关断过电流
4. 短路保护 它保护电池从外部短路 (硬币，钥匙等).
6
PCM的工作原理 (1)
1. 关断过度充电
B+ R1 C1
Cell
B-
I (current)
VDD
IC
VSS DOUT
VCOUT
1 day 2-3 days (2layer) 4-5 days (4layer)
1 day 2 Layer - 6 days 4 Layer - 8 days
11
PCM必须的工艺
电芯(nSnP)
应用软件 电路图
PCM 设计
结构图
物料清单
12
各个部件的作用 (1)
1. IC & FET
电芯电压 FET的输入电流
P+
load ID
R3
C4
P-
8
PCM工作原理 (3)
3. 关断过电流与短路
B+
I (current)
R1 C1 Cell
B-
VDD
IC
VSS DOUT
VCOUT
X
O
X FET
C2
检测 IC的Vcc与V-电压 : 如果电压超过 Vocd, 关断过流. 如果电压高过 Vscd, 关断短路
备注. Vocd : 过电流保护电压, Vscd : 短路电流检测电压
Over discharge release voltage Over discharge detection delay time
Over current detection Over current detection delay time
Short detection Consumption current (normal/save mode)
PCB
Functions 电压检测, 限流, 识别能力 (ID). 建立延时, 滤波 (消除噪声), 消除 ESD. 输入异常时 -> 关断 (烧毁) 跟保险管差不多的功能, 但是关断以后可以恢复过来. 检测电池的内部温度. ESD 保护 连接各个零部件和传输电池信号到充电器或用电器.
(选取 IC & FET)
PCB设计(工艺)
drawing（描述）
1) PCB绘制 2) 电路图 3) 元件分布图 4) 物料清单 1) PCB绘制 2) PCB GERBER文件
PCB制作
1) PCB排列图
PCM样品制作 PCM测试 合计
1) 样品 2) 检测报告
schedule（时间）
1 day
9.6mSec ~ 14.4mSec
Effect of internal resistance of FET
OK / NG Max 6.0 ㎂, Max 2.0㎂
R± 3%
10
PCM的设计计划
Items（名称）
项目资料检讨
PCB设计及打样
PCM样品制作& 测试
details（详细说明）
检讨结构图 检讨工艺
5
PCM的功能
1,过充电保护 如果电池充电出现不正常的情况 (故障, 错误, 不正确的充电), 它可能充电到4.2V以上. 在这种情况下, PCM动作关断充电.
2. 过放电保护 电池过度放电将使得用电设备（电话，个人电脑） 出现错误和故障. 在这种情况下, PCM动作并且 关断过放电并且保护电池不放电并保持一定的电压.
4
PCM的功能 (3)
保护锂电池: 提高安全性 & 延长生命周期
锂电池的问题
PCM的功能
过度的充电使电池阳极的电解液分解 造成电池内部压力上升 温度上升
过放电 内部短路 & 温度上升
过电流 & 外部短路 造成电池内部压力上升
温度上升
Apply PCM
关断过充电 关断过放电 关断过流 & 短路
O
X
FET X
C3 R2
C2
当电池过充时，检测电芯电压并切断MOSFET
P+
Charger ID
R3
C4
P-
7
PCM工作原理 (2)
2. 关断过度放电
B+ R1 C1
Cell
B-
I (current)
VDD
IC
VSS DOUT
VCOUT
X
O
X FET
C3 R2
C2
当电池过放电时，检测电芯电压并切断MOSFET
充电器 负载
检测
IC (控制器)
控制
FET (开关)
1) IC : 检测电芯电压, FET的输入电流, 充电器, 负载和驱动FET的导通与截止. 2) FET : 接受IC控制并执行开关作用.
13
各个部件的作用 (2)
2. 其他部件.
No
Parts
1
电阻
2
电容
3
Fra Baidu bibliotek保险丝
4
PTC
5
NTC
6
压敏电阻
7
正常工作
过度放电 电芯损害
正常工作
PCM 动作
负载
停止工作
充电设备
停止工作
正常工作
正常工作
停止工作
带充电
停止工作
2
PCM的必要性
过度充电
过电流 / 短路 过度放电
3
PCM的必要性 (2)
1. 锂电池 1) 优势: 高密度能源, 生命周期长, 没有记忆功能. 生命周期是镍电池与镍氢电池的2~3倍. 并且锂电池没有记忆功能. ※ 记忆功能 : 如果电池充满或者放电完, 将会缩减电池的存储量. 2) 劣势 : 可能发生的危险 ① 过度充电 → 温度上升 → 爆炸的危险 ② 过电流或者短路 → 温度上升 → 爆炸的危险 由于锂电池的危险性, 所以PCM是必要的.
C3 R2
P+
load ID
R3
C4
P-
9
PCM的测试项目
Test items
Over charge detection voltage Over charge release voltage
Over charge detection delay time Over discharge detection voltage
Others (ID, TH)
※ 依照 IC型号MM3090DNRE为例.
SPEC
Remarks
4.275V ~ 4.325V
4.070V ~ 4.130V
800mSec ~ 1200mSec
2.365V ~ 2.435V
2.830V ~ 2.970V
76.8mSec ~ 115.2mSec 2A ~ 7A