DW01A Batarya Koruma Entegresi Nasıl Kullanılır?

DW01A entegresi, tek hücreli Lityum İyon bataryalar için, batarya koruma entegresidir ve hücreyi aşırı ve düşük şarj, ters bağlantı ve kısa devreden korur. Bu entegre sıklıkla TP4056 devre kartlarında (Lityum iyon şarj devre kartı) bulabilirsiniz.

Batarya Koruma

Batarya tarafında ise bataryayı aşırı voltajdan (şarj) veya düşük voltajdan (deşarjdan) korur. Voltaj çok düşerse pili kurtaramayabilirsiniz. Voltaj çok yükselirse, termal kaçak riski vardır.

Lityum iyon pilin çok yüksek veya çok düşük voltajda şarj edilmesini önlemek, pilin güvenli bir çalışma alanında tutulmasını sağlar.

Bu entegre, yüksek aşırı voltaj ve düşük düşük voltaj ayarına sahip bir geri durdurma entegresidir.

Yük Koruması

Yük tarafında kısa devre, yüksek akım, kısa devre akımı ve ters şarj bağlantısından korur.

İpucu: DW01A’nın doğru kullanımı, onu bir pil takımının parçası olarak dahil etmektir. TP4056 kartında kullanıldığında işlevselliği azaltmıştır.

DW01A Blok Diyagramı

DW01A, bataryaya giden toprak hattını kontrol etmek için harici bir çift FET gerektirir. FET kullanılarak, mevcut hata durumlarında (Kısa devre, aşırı deşarj, aşırı şarj) toprak hattı bağlantısı kesilir. Bu, yük kaldırılana kadar (kısa devre durumunda) Lityum pili yalıtır.

DW01A ayrıca aşırı şarj ve aşırı deşarjdan korunmak için genişletilmiş voltaj sınırlarına (normal voltaj şarj değerlerinin üstünde ve altında) sahiptir. Ayrıca, etkin olmadığında düşük bekleme akımı 3uA’ya sahiptir, bu nedenle depolama sırasında pili önemli ölçüde boşaltmaz.

DW01A Özellikleri

Şarj cihazı giriş koruması

CS pini, şarj cihazı girişinin negatif terminaline (1kΩ direnç üzerinden) bağlanır ve aşağıdaki işlevleri yerine getirir:

• Kısa devre dedektörü.
• Aşırı akım dedektörü.
• Şarj dedektörü.
• Ters şarj cihazı algılama (aşırı gerilim, yüksek akım).

Batarya İzleme

VCC ve GND, iki voltajın algılandığı yerde pile bağlanır:

• Aşırı Yük Dedektörü (batarya voltajı çok yüksek).
• Aşırı Deşarj Dedektörü (batarya voltajı çok düşük).

Pil Aşırı Akım Koruması

Koruma, iki kontrol pimi OD ve OC (sırasıyla aşırı deşarj ve aşırı şarj anlamına gelir) kullanılarak sağlanır. Bu iki kontrol, iki MOSFET’in kapılarına takılır ve bir sorun olması durumunda bataryaya giden akım akışını durdurur.

Koruma Seviyeleri

• Aşırı şarj koruma voltajı: 4.3V (tip) ± 50mV
• Aşırı şarj serbest bırakma voltajı: 4.1V (tip) ± 50mV
• Aşırı deşarj koruma voltajı: 2.4V (tip) ± 100mV
• Aşırı deşarj serbest bırakma voltajı: 3.0V (tip) ± 100mV

• Aşırı akım algılama voltajı: 0.15 (tip) ± 30mV
• Kısa devre algılama voltajı: 1,35V (tip).

Not: Yukarıdaki aşırı akım ve kısa devre voltajları, MOSFET’in açık direnci boyunca ölçülür.

DW01A entegresinin veri sayfasına buradan bakabilirsiniz.

DW01A Nasıl Çalışır?

DW01A işleminin can alıcı kısmı, kontrollü çift MOSFET’tir (N Kanalı); Özellikle N Kanal MOSFET’in RDS(ON) direnci.

Veri sayfasında “aşırı akım tespiti için eşik akımı, şarj ve deşarj kontrol MOSFET’lerinin açma direnci tarafından belirlenir” belirtilmektedir.

Mevcut bir algılama cihazının bu şekilde tasarlanmasında sorunlar vardır, çünkü veri sayfasında da belirtildiği gibi:

” MOSFET’in açma direnci, ısı yayılımından dolayı sıcaklık değişimi ile değişir, kapı ve kaynak arasındaki voltaj ile de değişir “

Çok ucuz bir yöntem olduğu için bu şekilde tasarlanmıştır.

Ancak bunun üç noktası var:
Eşik voltaj seviyeleri, bir pil şarj cihazının normal şarj voltajlarının dışında kalır ve bu nedenle normal şarj sürecini etkilemez.
Kesin kısa devre akım değeri önemli değildir.
MOSFET’in seçilen RDS(ON) değeri kötüleştikçe akım limiti azalır: Yüksek bir RDS(ON) değeri kullanırsanız, kısa devreyi tetiklemek için gereken akım daha küçüktür. Ayrıca artan sıcaklık RDS(ON) değerini artırır.
Bu, arıza emniyetli bir entegredir, bu nedenle seçilen değerler şarj pilinin normal çalışma durumunun dışında kaldığı sürece, tam şarj-kesme değeri sıcaklık ve voltaj ile değişse bile kısa devre koruması sağlayacaktır.

Uygulamanız için kabul edilebilir olduğundan emin olmak için MOSFET çalışmasını simüle etmeli, analiz etmeli ve test etmelisiniz.

8205A MOSFET Akım Limiti

8205A MOSFET veri sayfasına buradan bakabilirsiniz.

RDSON’u Akım Sınırlayıcı Olarak Kullanma

Akım sınırlayıcı voltaj eşiği, CS pinindeki voltaj 150mV’a ulaştığında bir karşılaştırıcı tarafından algılanır. Karşılaştırıcı voltajına, iki (açık) MOSFET’in direnci boyunca voltaj düşüşü 150mV’a ulaştığında ulaşılacaktır – bu, iki MOSFET’ten akan daha fazla akımdan kaynaklanır ve bu nedenle 2 x RDS(AÇIK) boyunca voltaj düşüşüdür.

RDS(ON) değerlerini, “Rdson On-Resistance(Ω) vs ID- Drain Current (A)” olarak etiketlenmiş ve çeşitli Vgs değerleri için eğrileri gösteren 8205 için veri sayfasının Şekil 6’sında bulabilirsiniz.

Akü voltajı 4,5V’a yakın olduğu için bu eğri kullanılarak RDS(ON) 20mA olarak verilir, bu da 3,75A (0,15/(2*20e-3)) kısa devre akımına neden olur.

Pil boşaldığında, RDS(ON) 25mA vererek 2.5V’a daha yakın olacak ve bu da 3A (0,15/(2*25e-3)) kısa devre akımına neden olacaktır.

Bir kez tetiklendiğinde, DW01A deşarj MOSFET’i (OD) kapatılır. Sadece yük kaldırıldığında serbest bırakılır.

İki Aşırı Akım Eşiği Seviyesi

150mV ve 1.35V olmak üzere iki aşırı deşarj değeri (yukarıdaki) vardır. İkincisinin nedeni, her ikisinin de aktivasyon gecikmeleriyle ilişkili olmasıdır. 150mV için gecikme 10ms, ikincisi için gecikme 5us’tur.

Bu nedenle, son derece büyük bir kısa devre için aktivasyon gecikmesi çok daha hızlıdır.

Kısa devre akım dedektörü etkinleştirildiğinde, DW01A akımın tekrar akmasına izin vermeden önce (OC MOSFET açık) yükü kaldırmalısınız.

DW01A Devre Şeması

Aşağıdaki devre, DW01A entegresinin nasıl kullanılması gerektiğini göstermektedir:

Aslında, pil ve DW01A entegresi ile tek bir birim oluşturan pil paketinin bir parçası olarak takılması gerekiyordu.

Bu, aşağıdakilerden dolayı doğrudur:

• CS pini, şarj cihazının ters bağlanmasına karşı koruma sağlar.
• Aşırı ve düşük voltaj tespiti için voltaj limitleri normal şarj/deşarj seviyelerinin dışındadır. Uç değerler olarak belirtilirler.
• Aşırı deşarj durumunda bir şarj cihazı bağlandığında mandal koruması.
• Çalışma akımı o kadar düşük ki, pile takılı yerinde bırakılırsa pili boşaltmaz (3uA veri sayfası)

Bir pil takımının parçası olarak kullanıldığında, BATT+ ve BATT-‘a bağlı şarj cihazından koruma sağlar ve bu yapılandırmada, bir şarj cihazını yanlış şekilde takmaya ve hatta tamamen uygunsuz ve tehlikeli bir şarj cihazını takmaya karşı ters kutup koruması sağlar.