PCM 原理图中各元件的作用:
● C1、C4 为高频滤波瓷片电容,C2、C3 对 ESD 起保护作。
● U1 为保护 IC(IC 规格书有详细说明),保护 IC 是 PCM 的主要元件,电池状态的侦测都由保护 IC 完成。
● 保护 IC 主要功能如下:过充保护、过放保护、放电过流保护(检测电压)、充电过流保护(检测电压)、 自耗电流、短路保护。
● U2、U3 为 MOSFET(场效应管) ,MOS FET 在电子电路中可把它看作是一只特殊的开关。
● PTC 是 Positive temperature coefficient 的缩写,意即正温度系数电阻,(温度越高,阻值越大),可以防止电池 高温放电和不安全的大电流的发生,即过流保护作用。
T 为 NTC,NTC 是 Negative temperature coefficient 的缩写,意即负温度系数热敏电阻,在环境温度升高时,其阻 值降低,使用电设备或充电设备及时反应、控制内部中断而停止充放电。 NTC 在 PCM 中通常用于与用电器 配合进行温度检测,常用的是负温度系数的电阻;NTC 的主要参数是阻抗值及 B 常数;NTC 的阻抗值一般通过查 R-T 温度表;阻抗值与 B 常数也可根据下面公式进行计算,
R2 为过电流检测用的配置电阻;
R1 为 U1 控制 IC 电源配置电阻;
② 保护线路原理过程
● 给电池充电时,电池电压不断上升,而 VDD 也在不断地检测电池电压,当电池电压到达保护 IC 设定的过充保 护电压时,保护 IC 就通过 CO 脚切断充电回路,实现过充保护;
● 电池放电时,电池电压不断下降,而 VDD 也在不断地检测电池电压,当电池电压到达保护 IC 设定的过放保护 电压时,保护 IC 就通过 DO 脚切断放电回路,实现过放保护;
● 当电池放电时,保护 IC 就会通过 VM 检测 CMOSFET 上的电压,如果达到保护 IC 内部设定的过电流检测 电压,就会通过保护 IC 的 DO 脚切断放电回路,实现过电流保护;
短路保护是通过保护 IC 的 VDD 脚检测的,当 VDD 在瞬间下降到保护 IC 内部设定的短路 保护电压,就会通过保护 IC 的 DO 脚切断放电路而起到保护作用。
3、B 、B-焊盘 1mm 内不能放异性过孔;4、补强钢片比连接器焊盘单边大≥0.5mm, FPC 基材位在补强钢片内侧≥0.3mm。
④、测试点1、测试点放在器件反面;
2、P 、P-测试点必须放置在 P 、P-输出端最小距离处;
3、FPC 补强板、结合板测试点布置打胶区域外。
⑤、器件打胶1、要求打胶的产品,所有器件引脚胶水务必复盖,器件引脚、器件焊盘不能外露;
2、CSP 封装 MOS、小封装 IC、0402 以下电阻、电容等小器件务必点胶:迈图 5658 树脂填充胶, 其他大器件可能使用 UV 胶水。
⑥、导线、FPC 打胶1、导线打胶标准:胶水务必复盖导线焊盘、线芯,胶水务必援出板边导线本体 0.5~1.5mm;
2、FPC 打胶标准:胶水务必复盖 FPC 焊点、焊盘;
3、胶水要求:5658 树脂填充胶或安规黄胶。
⑦、丝印、 底板要求1、FR-4 板:黑底白字,丝印标准:生产周期、底板厂代码、保护板厂代码、我司名称、项目工程代码,例:1520 X01-SHD-BRT0121
2、底板使用以下板厂:富士威,兴宝顺,路通达;
3、底板厂代码:金板:兴宝顺(X01)、路通达(L01); 锡板: 富士威(F01)、兴宝顺(X01)、路通达(L01); FPC:爱升精密(A01)、西姆特(X01),金鹏(J01),群鑫(Q01);
4、贴片厂代码:和田领海(HTLH)、顺辉达(SHD)、欧迪克(ODK)。
⑧、保护板配置严格按我司项目技术文件要求为准。⑨、FPC 标准
1、FPC 信号线、极性线走线不能有尖角,斜线角度≥60°并做圆弧过度,圆弧 R≥0.5mm。
2、FPC 成型角只允许做圆角 R≥5mm;
3、FPC 弯折标准:弯折区域务必做网格处理,压延铜:0.5mm 钢棍压住折弯区域,180 度往返弯折 30~50 次(0-180° 为一次)、电解铜:0.5mm 钢棍压住折弯区域,180 度往返弯折 20 次以上(0-180°为一次)或以项目文 件要求为准,无外观破损和电路破损;保护板配置选型
● 保护 IC 选型
根据电芯的电压体系、过流值要求、布件范围,来选择对应的品牌型号。IC 的封装形式,应根据 PCM 的空间及布 线要求确定封装形式。(客户指定者除外)
中华人民共和国国家标准 GB31241-2014 要求,有增加充电过流保护的要求。
● MOSFET 选型主要根据 PCM 的内阻(对应成品电池的内阻)、过电流值、电芯容量、ESD 测试标准来确定。以 S8261BAR 配一个 FS8205 为例:放电过流最小值为: 0.145V/(0.028*2)R=2.58A 放电过流典型值为:0.160V/(0.023*2)R=3.47A 放电过流最大值为:0.175V/(0.020*2)R=4.37A, 计算充电过流同理,设计时注意不要超出客户要求的过流值范围。
注 1.现在计算的是 MOS 在 4.5V 时的内阻,一般常用的是 3.8V(有的 MOS 规格书没有标注, 要靠经验去估算)时的内阻去计算比较准确。计算放电过流跟充电过流根据欧姆定律 I=U (IC 放电或充电的检测电压)/R(MOS 管本身内阻 根据线路情况而增加的内阻)
● 外围电路元件选型在选定保护线路外围元件时,应按保护 IC 的外围配置进行.但像电阻、电容在品质保证情况下应首选 国产的,因为价格比较低.一般情况下,这些元件客户都不会指定的,应根据 PCM 的空间及布线要求 确定封装形式。
● ID 电阻及 NTC 电阻选型ID 及 NTC 客户会指定规格及精度,部分客户会指定 NTC 的品牌及 B 值;
ID 电阻的精度为 1%,尽量采用薄膜电阻;
NTC 如果客户没有指定品牌,推荐采用松下 NTC(性价比高); ID 及 NTC 封装大小以布件空间来确定。
● PCB 材质的选定在保护板的材质选定上主要选用 FR4,这是因为考虑防火等级、机械强度、价格等因素。另须注意的是,当 PCM 上的金手指需外露时需电镀外观好而耐磨的金属层(根据客户要求确认),当然还有铜层厚度等其它参数需确 定。请查阅其相关板材资料。注:保护线路中,如有除上述外的元件,如三极管、二极管等应根据其规格书中的 内容选定,验证是否符合设计要求。
保护板布板设计要求①、布线规则● FR-4 板材:正、负极之间安全线距:≥0.35mm,电源线路间距( 、-)0.8mm 以上,正、负极大电流回路铜箔 宽度:≥1mm,如实现不到可加厚板材的铜层厚度来实现耐大电流;
● 信号线与正、负极之间安全线距:≥0.245mm,信号线与信号线之间安全线距:≥0.2mm,信号线线宽:
≥0.2mm。
②、过孔● 为防止离子迁移微短路,孔间距≥0.6mm; 过孔≥0.3mm,方孔≥0.8mm*0.8mm。 多层板中间层线路与过孔之间:≥0.5mm。
③、 焊盘1、B 、B-焊盘与器件焊盘之间:>1mm;
2、B 、B-焊盘与异性线>0.5mm、与信号之间:>0.3mm;
保护板设计要点● 抗 ESD 设计保护 IC 周边阻容器件尽量靠近 IC,尤其是 V-脚; ID/TH 端子/引线/过孔尽可能远离 IC;
ID 并联电容或压敏电阻;
空间允许情况下 B-和 P-串联两电容,P 和 P-加电容;
● 过 RF 测试设计保护 IC 周边阻容器件尽量靠近 IC; 所有元器件尽量集中排布; 避免大面积布铜设计;
空间允许情况下 P 和 P-并联两低容值电容(如 100pF/12pF 等);
● 元件放置规则
阻容器件及 PTC、FUSE 尽量竖排布(与 V-cut 线平行放置);IC/MOS 带 PIN 脚器件尽量横放,且尽量不要放 正中间(长度方向),减小应力对器件的影响;
元件尽量不 要放置在板边(建议距板边 0.4mm 以上), 大封装元器件尽量不要布置在保护板两端位置,减少操作时带来干涉。; 点焊镍片的焊盘背面尽量不放置器件;
定位孔周边 1.2mm 区域内不排布线路,不放置元件; 避空位周边 0.2mm 区域内不放置器件; 元件尽量远离输入输出焊盘,便于焊接/点焊作业; PTC 尽量放在 B 端
保护板 NTC 布件位置尽量与客户沟通确认,避开手机主机发热源,防止因手机发热问题导致 NTC 阻值不稳定;
● PCB 结构设计PCB 板须注明“布元件面”和元件高度,及哪些位置不许布元件。 结构设计尽量考虑 B 与 P 同侧,B-与 P-同侧,避免电池正负极交叉走线
保护板基板与五金材质、镍层和金层1、底板基材:南亚,材质 FR-4,A1 级板;
2、FPC 基材采用无胶基材;
3、FPC 铜箔材质:推荐压延铜、电解铜,面铜≥35um,孔铜≥15um,或以项目文件要求为准。
4、FPC 折弯 180 度后,FPC 折弯处与 PCB 距离至少需保证 1.5mm 以上,防止 FPC 折弯后空间小,无法活动, 造成 FPC 定位尺寸不稳定
5、FPC 折弯后到边距离≥2mm,防止侧封边折角后与 FPC 干涉,造成短路隐患
6、五金基材为:精钢磷铜;
7、镍层 6um 以上;
8、金层以项目文件要求为准,如果客户没有指定镀金层厚度,推荐采用 0.1um;贴片五金喷砂 180 目以上,金 层要求≥0.3um 时,(砂金)孔隙率保证小于 10 个/ mm2,光面五金孔隙率保证于 150 个/cm2
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