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FINE MADE MICROELECTRONICS GROUP CO., LTD.
G3JC(文件编号:S&CIC0000)
单节锂电池保护 IC
概述
G3JC 是一个锂电池保护电路,为避免锂电池因过充电、过放电、电流过大导致电池寿命缩短或电池被损坏而
设计的。它具有高精确度的电压检测与时间延迟电路。
特点
工作电流低;
充电器检测;
有休眠功能;
工作电压范围广;
SOT23-6 封装;
允许 0V 充电功能
应用
单一锂电池保护电路。
极限参数
参数
符号
参数范围
单位
电源电压
VDD
VSS-0.3~VSS+12
V
OC 输出管脚电压
VOC
VM-0.3~VDD+0.3
V
OD 输出管脚电压
VOD
VSS-0.3~VDD+0.3
V
VM 输入管脚电压
VM
VDD-28~VDD+0.3
V
工作温度
Topr
-40~+85
℃
存储温度
Tstg
-40~+125
℃
电气特性参数(除非特别指定,Tamb=25℃)
参数
符号
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
VDD-VSS 间工作电压
VDSOP1
--
1.5
--
8
V
VDD-VM 间工作电压
VDSOP2
--
1.8
--
28
V
通常工作时电流
IOPE
VDD=3.5V,VM=0
--
3.5
7.0
uA
休眠时消耗电流
IPDN
VDD=VM=1.5V
0.1
uA
工作电压
电流消耗
检测电压
1档
过充电检测电压
2档
4.230
VCU
3档
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--
4.255
4.305
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4.255
4.280
4.305
V
4.330
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过充电滞后电压
VHC
--
0.170
0.200
0.230
V
过放电检测电压
VDL
--
2.920
3.000
3.080
V
过放电滞后电压
VHD
--
0.000
0.030
0.080
V
过电流 1 检测电压
VIOI1
--
0.065
0.080
0.095
V
过电流 2 检测电压
VIOI2
--
0.4
0.5
0.6
V
短路电流检测电压
VSHORT
VDD=3.5V
0.9
1.2
1.5
V
VCHA
--
-1.0
-0.7
-0.4
V
过充电检测迟延时间
tCU
VDD=3.6V~4.4V
800
1200
1600
ms
过放电检测迟延时间
tDL
VDD=3.6V~2.0V
100
145
190
ms
过电流 1 检测迟延时间
tIOI1
VDD=3.5V
4
9
15
ms
过电流 2 检测迟延时间
tIOI2
VDD=3.5V
1.8
2.24
2.7
ms
短路电流检测迟延时间
tSHORT
VDD=3.5V
--
320
380
us
V0CH
允许向 0V
电池充电功能
1.2
--
--
V
CO 端子电阻“H”
RCOH
--
2.5
5
10
KΩ
CO 端子电阻“L”
RCOL
--
2.5
5
10
KΩ
DO 端子电阻“H”
RDOH
--
2.5
5
10
KΩ
DO 端子电阻“L”
RDOL
--
2.5
5
10
KΩ
VM-VDD 间内部电阻
RVMD
VDD=1.9V,VM=0V
100
300
900
KΩ
VM-VSS 间内部电阻
RVMS
VDD=3.5V,VM=1V
10
20
40
KΩ
充电器检测电压
迟延时间
向 0V 电池充电的功能
充电器起始电压
其他
VM 内部电阻
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引脚示意及说明
封装图
VSS VDD TD
6
1
OD
5
2
4
3
CSI OC
管脚号
符号
管脚描述
1
DO
放电控制用 FET 门极连接端子(CMOS 输出)。
2
VM
VM ~ VSS 间的电压检测端子(过电流检测端子)。
3
CO
充电控制用 FET 门极连接端子(CMOS 输出)。
4
DP
延迟时间测定用测试端子。
5
VDD
正电源输入端子。
6
VSS
负电源输入端子。
测定电路
注意:在未经特别说明的情况下,CO和DO端子的输出电压VCO、VDO的“H”、“L”的判定是以Nch FET的阈值电压
(1.0V)为基准。此时的CO端子请以VVM为基准,DO端子请以VSS为基准来判定。
(1) 测定条件1、测定电路1
2
3
(过充电检测电压、过放电滞后电压)
在V1 = 3.5 V设定后的状态下,将V1逐渐提升至VCO = “H”→“L”时的VDD-VSS间电压即为过充电检测电压
(VCU)。然后,将V1逐渐降至VCO = “L”→“H”时的VDD-VSS间电压与过充电检测电压(VCU) 之间的差异即为过
充电滞后电压(VHC)。
(2) 测定条件2、测定电路2
(过放电检测电压、过放电滞后电压)
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V1逐渐降至VDO = “H”→“L”时的VDD-VSS间电压即为过放电检
测电压(VDL)。然后,将V1逐渐提升至VDO = “L”→“H”时的VDD-VSS间电压与过放电检测电压(VDL) 之间的差异
即为过放电滞后电压(VHD)。
(3) 测定条件3、测定电路2
(过电流1检测电压、过电流2检测电压、负载短路检测电压)
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2在瞬间(10 μs以内)提升至VDO = “H”→“L”之间的延迟时间在过
电流1延迟时间的最小值和最大值的之间的范围内时,VM-VSS间电压即为过电流1检测电压(VIOV1)。
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2在瞬间(10 μs以内)提升至VDO = “H”→“L”之间的延迟时间在过
电流2延迟时间的最小值和最大值之间的范围内时,VM-VSS间电压即为过电流2检测电压(VIOV2)。
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2在瞬间(10 μs以内)提升至VDO = “H”→“L”之间的延迟时间在负
载短路延迟时间的最小值和最大值之间的范围内时,VM-VSS间电压即为负载短路检测电压(VSHORT)。
(4) 测定条件4、测定电路2
(充电器检测电压 (= 异常充电电流检测电压) )
在V1 = 1.8 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V1逐渐提升,设定V1 = VDL+(VHD / 2) ,之后将V2从0 V逐渐降
至VDO= “L”→“H”时, VM-VSS间电压即为充电器检测电压(VCHA)。
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充电器检测电压的测定仅限于过放电滞后VHD≠0的产品。
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2逐渐降至VCO = “H”→“L”时,VM-VSS间电压即为异常充电电流
检测电压。异常充电电流检测电压和充电器检测电压(VCHA) 为相同值。
(5) 测定条件5、测定电路2
(通常工作时消耗电流、休眠时消耗电流、过放电时消耗电流)
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态(通常状态)下,流经VDD端子的电流IDD即为通常工作时消耗电流(IOPE)。
在V1 = V2 = 1.5 V设定后的状态(过放电状态)下,流经VDD端子的电流IDD即为休眠时消耗电流(IPDN)。
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态(通常状态)下,流经VDD端子的电流IDD即为通常工作时消耗电流(IOPE)。
在V1 = V2 = 1.5 V设定后的状态(过放电状态)下,流经VDD端子的电流IDD即为过放电时消耗电流(IOPED)。
(6) 测定条件6、测定电路3
(VM-VDD间内部电阻、VM-VSS间内部电阻)
在V1 = 1.8 V、V2 = 0 V设定后的状态下,VM-VDD间电阻即为VM-VDD间内部电阻(RVMD)。
在V1 = 3.5 V、V2 = 1.0 V设定后的状态下,VM-VSS间电阻即为VM-VSS间内部电阻(RVMS)。
(7) 测定条件7、测定电路4
(CO端子“H”电阻、CO端子“L”电阻)
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V、V3 = 3.0 V设定后的状态下,CO端子电阻即为CO端子H电阻(RCOH)。
在V1 = 4.5 V、V2 = 0 V、V3 = 0.5 V设定后的状态下,CO端子电阻即为CO端子L电阻(RCOL)。
(8) 测定条件8、测定电路4
(DO端子电阻“H”、DO端子电阻“L”)
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V、V4 = 3.0 V设定后的状态下,DO端子电阻即为DO端子H电阻(RDOH)。
在V1 = 1.8 V、V2 = 0 V、V4 = 0.5 V设定后的状态下,DO端子电阻即为DO端子L电阻(RDOL)。
(9) 测定条件9、测定电路5
(过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间)
在V2 = 0 V设定后的状态下,将V1从过充电检测电压(VCU)−0.2 V在瞬间(10 μs以内)升至过充电检测电压
(VCU)+0.2V,VCO在“H”→“L”的时间即为过充电检测延迟时间(tCU)。
在V2 = 0 V设定后的状态下,将V1从过放电检测电压(VDL)+0.2 V在瞬间(10 μs以内)降至过放电检测电压(VDL)
-0.2V,VDO在“H”→“L”的时间即为过放电检测延迟时间(tDL)。
(10) 测定条件10、测定电路5
(过电流1检测延迟时间、过电流2检测延迟时间、负载短路检测延迟时间、异常充电电流检测延迟时间)
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2从0 V瞬间(10 μs以内)升至0.35 V,VDO成为“L”的时间即为过
电流1检测延迟时间(tIOV1)。
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2从0 V瞬间(10 μs以内)升至0.7 V,VDO成为“L”的时间即为过电
流2检测延迟时间(tIOV2)。
在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2从0 V瞬间(10 μs以内)升至1.6 V,VDO成为“L”的时间即为负载
短路检测延迟时间(tSHORT)。
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在V1 = 3.5 V、V2 = 0 V设定后的状态下,将V2从0 V瞬间(10 μs以内)降至−1.1 V,直至VCO由“H”→“L”的时间
即为异常充电电流检测延迟时间。异常充电电流检测延迟时间和过充电检测延迟时间的值为相同值。
(11) 测定条件11、测定电路2 (向0 V电池充电功能“可能”的产品)
(开始向0 V电池充电的充电器电压)
在V1 = V2 = 0 V设定后的状态,将V2逐渐降至VCO = “H”(VVM+0.1 V以上)时的VDD-VM间电压即为开始向0
V电池充电的充电器电压(V0CHA)。
(12) 测定条件12、测定电路2 (向0 V电池充电功能“禁止”的产品)
(禁止向0 V电池充电的电池电压)
在V1 = 0 V、V2 = −4 V设定后的状态下,将V1逐渐升至VCO
1
2 = “H”(VVM+0.1 V以上)时的VDD-VSS间电压即
3
为禁止向0 V电池充电的电池电压(V0INH)。
R1/470Ω
VDD
IDD
DP
V1
A
DP
V1
VSS
D
VM
DO
VSS
CO
VDO
VCO
V
V
V2
COM
测定电路1
VDD
测定电路2
DP
VDD
V1
DP
V1
VSS
VM
DO
VSS
CO
V
V2
COM
测定电路3
VDD
VM
DO
C
COM
CO
VDO
V
COM
A
VM
DO
VCO
V
IDD
VDD
CO
IDO
V
ICO
V2
测定电路4
DP
V1
VSS
VM
DO
示波 器
CO
示波 器
V2
B
COM
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测定电路5
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工作说明
备注:请参阅“■ 电池保护IC的连接例”。
1. 通常状态
本IC的作用是通过监视连接在VDD-VSS间的电池的电压及VM-VSS间的电压差而控制充电和放电。电池电压
在过放电检测电压(VDL) 以上且在过充电检测电压(VCU) 以下,VM端子的电压在充电器检测电压(VCHA)以上且
在过电流1检测电压(VIOV1) 以下的情况下,充电控制用FET和放电控制用FET的两方均打开。这时可以进行自由
的充电和放电。这种状态叫做通常状态。
注意:初次连接电池时,会有不能放电的状态。这时,短路VM端子和VSS端子,或连接充电器就能恢复到通常
状态。
2. 过电流状态 (过电流1、过电流2、负载短路检测)
在通常状态的电池放电状态下,由于放电电流在额定值以上,VM端子的电压在过电流检测电压以上且这个状态
持续在过电流检测延迟时间以上的场合,关闭放电控制用FET停止放电。这个状态叫做过电流状态。
在过电流状态中在IC内根据VM-VSS间内部电阻(RVMS) 使VM-VSS端子间短路。但是,在接有负载的情况下,
VM端子的电压因负载而定,并成为VDD电位。切断负载后VM端子复位至VSS电位。
本IC在EB+端子和EB−端子间(参阅图10的连接例)的阻抗达到自动恢复可能阻抗以上时,当本IC检测VM端子电位
为过电流1检测电压(VIOV1) 以下时即恢复到通常状态。
注意:根据电池电压、过电流1检测电压的设定值的改变,自动恢复可能的阻抗是不同的。
3. 过充电状态
通常状态的电池的电压在充电中超过过充电检测电压(VCU),保持在过充电检测延迟时间(tCU) 以上时,关闭充
电控制用FET,停止充电。这个状态就叫做过充电状态。
过充电状态的解除,分为以下2种方法((1)、(2))。
(1) 电池电压降至过充电检测电压(VCU)-过充电滞后电压(VHC) 以下时,打开充电控制用FET恢复到通常状态。
(2) 加载负载开始放电时,打开充电控制用FET恢复至通常状态。加载负载放电开始后随即放电电流通过充电用
FET的内部寄生二极管流动。此时VM端子从VSS端子开始的只有内部寄生二极管的Vf电压上升。
VM端子的电压在过电流1检测电压以上时,且电池电压低于过充电检测电压(VCU) 以下的情况下,解除过充电
状态。
注意:
1. 对于被充得超过过充电检测电压(VCU) 的电池,即使连接过重负载,电池电压也不能降至过充电检测电压
(VCU)以下时,当电池电压低于过充电检测电压(VCU) 以下之前,过电流1、过电流2和负载短路的检测是不能发挥
作用的。但实际的电池内部阻抗有数十 mΩ,当连接产生类似过电流那样的重负载时,由于电池电压迅速降低所以
过电流1、过电流2和负载短路的检测是可能的。
2. 在检测过充电后连接着充电器时,即使电池电压低于过充电解除电压(VCL) 也不解除过充电状态。在断开
充电器,VM端子电压高于充电器检测电压(VCHA) 时,才可解除过充电状态。
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4. 过放电状态
通常状态的电池电压如果在放电中处于过放电检测电压(VDL) 之下,并且保持这个状态在过放电检测延迟时间
(tDL) 以上时,将关闭放电控制用FET,停止放电。这个状态叫作过放电状态。当关闭放电控制用FET后,VM端子
由于IC内部的VM-VDD内部电阻(RVMD) 而被上拉。当VM-VDD间电压差在典型值1.3 V以下时,本IC消耗电流
将减少至休眠时的消耗电流(IPDN) 。这个状态叫作休眠状态。
休眠状态的解除是在连接着充电器,并且VM-VDD间电压差为典型值1.3 V以上时进行的。从这个状态电池电压
进一步增大到过放电检测电压(VDL) 以上时,就打开FET从过放电状态回到通常状态。
通常状态的电池电压如果在放电中处于过放电检测电压(VDL) 之下,并且保持这个状态在过放电检测延迟时间
(tDL) 以上时,将关闭放电控制用FET,停止放电。这个状态叫作过放电状态。当关闭放电控制用FET后,VM端子
由于IC内部的VM-VDD内部电阻(RVMD) 而被上拉。当电池电压进一步增大到过放电检测电压(VDL) 以上时,就
打开FET从过放电状态回到通常状态。
5. 关于充电器的检测
在把过放电状态的电池和充电器连接时,如果VM端子电压低于充电器检测电压(VCHA) ,由于充电器检测功能
过放电滞后被解除,所以电池电压在过放电检测电压(VDL) 以上时即可解除过放电状态,打开放电控制用FET。这
个动作叫作充电器检测。
当过放电状态的电池和充电器连接时,如果VM端子电压不低于充电器检测电压(VCHA) ,那么,如通常一样,
当电池电压达到过放电解除电压(VDL)+过放电滞后电压(VHD) 以上才可解除过放电状态。
6. 关于异常充电电流的检测
通常状态的电池在充电中如果VM端子电压低于充电器检测电压(VCHA) ,并且这个状态持续在过充电检测延迟
时间(tCU)以上就关闭充电控制用FET停止充电。这个动作叫作异常充电电流检测。
DO端子电压“H”,且VM端子电压低于充电器检测电压(VCHA) 时,异常充电电流检测功能开始动作。因此,在
过放电状态的电池中有异常的充电电流时,电池电压达到过放电检测电压以上,由于DO端子电压为“H”,过充电检
测延迟时间(tCU) 后关闭充电控制用FET停止充电。
异常充电电流的检测状态,当VM-VSS间的电压差小于充电器检测电压(VCHA) 时被解除。
7. 关于延迟电路
各种检测延迟时间是将约3.5 kHz的时钟利用计数器分频而产生的。
备注:
1. 过电流2 检测延迟时间(tIOV2)、负载短路检测延迟时间(tSHORT)的计时是从检测出过电流1 检测电压
(VIOV1)时开始的。因此,从检测出过电流1 检测电压(VIOV1)起到超过过电流2 检测延迟时间(tIOV2)、负载短路
延迟时间(tSHORT)之后,当检测出过电流2 检测电压(VIOV2)、负载短路检测电压(VSHORT)时,在检出时刻起分
别在tIOV2、tSHORT 之内立即关闭放电控制用FET。
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图5
2.
检测出过电流之后,如果不切断负载并且持续到过放电检测延迟时间(tDL)以上的情况下,当电池电压降低到过
放电检测电压(VDL)以下时,就会转变为休眠状态。另外,由于过电流导致电池电压降低到过放电检测电压(VDL)
以下时,在过电流的检出而关闭放电控制用FET 之后,如果电池电压恢复缓慢,过放电检测延迟时间(tDL)之后的
电池电压仍处于过放电检测电压(VDL)以下时,将会转变为休眠状态。
检测出过电流之后,如果不切断负载并且持续到过放电检测延迟时间(tDL)以上的情况下,当电池电压降低到过
放电检测电压(VDL)以下时,将会转变为过放电状态。另外,由于过电流导致电池电压降低到过放电检测电压(VDL)
以下时,在检测出过电流而关闭放电控制用FET之后,如果电池电压恢复缓慢,在过放电检测延迟时间(tDL)之后的
电池电压仍处于过放电检测电压(VDL)以下时,将会转变为过放电状态。
8. 关于DP 端子
DP端子是测定延迟时间的测试端子。
通常使用时,将DP端子设定为开路。
务请注意,如果将DP端子连接1000 pF以上的电容、1 MΩ以下的电阻时,将有可能造成延迟时间或各检测电压
的误差。
9. 关于向0 V电池充电功能“可能”
对被连接的电池因自身放电,电压变为0 V时进行充电的功能。具有0 V电池充电开始充电器电压(V0CHA)以上的
电压的充电器连接到EB+端子和EB−端子间后,充电控制用FET的门极电压将被固定在VDD端子电压。借助于充电
器电压,当充电控制用FET的门极和源极间电压达到翻转电压以上时,充电控制用FET将导通,开始充电。这时放
电控制用FET截止,充电电流通过放电控制用FET的内部寄生二极管流动。电池电压在过放电检测电压(VDL)+过
放电滞后电压(VHD)以上时回到通常状态。
注意:有被完全放电后不推荐再度充电的锂离子电池。这是由锂离子电池的特性决定的,所以当决定向0 V电池充
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电功能“可能”、“禁止”时,请向电池厂商确认详细情况。
备注:对异常充电电流检测功能来说,0 V电池充电功能更具优先权。从而,向0 V电池充电功能的产品在电
池电压较低时会强制充电,务请注意这时不能检测异常充电电流。
时序图
过充电检测、过放电检测
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过电流检测
充电器检测
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异常充电电流检测
3
4
5
6
典型应用电路图
VBAT+
100Ω
5 VDD
R1
DP 4
C1
BATTERY
0.1uF
6 Vss
M1
VM 2
DO
CO
1
3
R2
1KΩ
M2
VBAT-
注:以上线路及参数仅供参考,实际的应用电路请在充分的实测基础上设定参数。
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