小容量锂电池充电IC(MCP73831)故障求教，并需求替代品

lsr0304

产品概括：
1）可穿戴产品，锂电池容量小，<=40mAh；
2）目前使用MCP73831，使用中故障，具体如下：
2.1）产品使用中，锂电池放电至过放门限（2.75V）后，接入DC 5V充电，无法充入；需外部DC 5V直接短激电池正负极后才能正常充电；
2.2）MCP73831的充电电流，由电阻配置；基于电池容量，使用27kohm电阻。调试中发现，若更改此电阻为10k（对应充电电流为100mA），则上述欠压保护的电池可以充入。
2.3）分析问题原因，发现，使用新换的IC（MCP73831），配置电阻27kOhm可正常充电；但是使用中，MCP73831又重复出现前述故障，时机不明。
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不清楚，有无坛友使用过此款充电IC；劳烦指教！

另外，之前电池容量为110mAh，故选型MCP73831；但目前，电池容量已改小，考虑使用更小充电电流的IC。
调研中，发现Torex的XC6805，5～40mA充电。比较适合，不知实际使用情况如何？

顺便，再求一下小容量锂电池的供应商，多谢！

wajlh

是你电路设计有问题，，锂电池过放电之后，一直处于涓流充电模式，而你后端的电路消耗大于涓流充电电流，所以电池永远不会被充电。你需要增加一个路径管理电路。

wy2000

锂电池3.3V以下就应该主动关机了。一直放电到2.75V，电池会很快不行的

yangsen

楼主，检查一下你的电路不开机情况的电流是否如二楼所说超过了充电IC涓流充电电流；还有一种情况要考虑，就是电池保护板问题，曾经遇到过一批电池出现楼主遇到过的问题，检查电路不开机的情况下<2uA。但电池过放到保护板动作会有一定比例的充不进去电，最后电池返退了。

wajlh

yangsen 发表于 2017-6-13 22:13
楼主，检查一下你的电路不开机情况的电流是否如二楼所说超过了充电IC涓流充电电流；还有一种情况要考虑，就 ...

你说的这个是保护板不支持0V充电，电池放光电以后，就不能再充电了。曾经因为这个问题，10K的手环报废了。

asbzhang

wajlh 发表于 2017-6-13 23:10
你说的这个是保护板不支持0V充电，电池放光电以后，就不能再充电了。曾经因为这个问题，10K的手环报废了 ...

楼上锂电池充放电很有经验啊。能介绍一些经验吗？

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-13 21:37
是你电路设计有问题，，锂电池过放电之后，一直处于涓流充电模式，而你后端的电路消耗大于涓流充电电流，所 ...

多谢！
这个故障点，我排除了。
实质是，充电IC在电池断开时输出电压不足，实测为1.7～1.9V；而按官方的说法，应该是4.2～4.3V输出。

yangsen

wajlh 发表于 2017-6-13 23:10
你说的这个是保护板不支持0V充电，电池放光电以后，就不能再充电了。曾经因为这个问题，10K的手环报废了 ...

请教，如果不支持0v充电过放之后是不是一定锁死呢？我遇到的情况不是全部都会不能充电，有一定比例会出现，而且有些电池这轮测试没问题，下轮就会出现，毫无规律。保护板用的保护IC 是dw01方案。同样方案的另外一个供应商电池就没出现这个问题。

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-14 11:02
多谢！
这个故障点，我排除了。
实质是，充电IC在电池断开时输出电压不足，实测为1.7～1.9V；而按官方的 ...

充电IC不支持0电压的电池充电？

wajlh

yangsen 发表于 2017-6-14 11:09
请教，如果不支持0v充电过放之后是不是一定锁死呢？我遇到的情况不是全部都会不能充电，有一定比例会出现 ...

dw01不同厂家做的也不太一样，找厂家要规格书，上面会写是否支持0电压充电。我遇到的基本上过放以后，都会锁死的，你这个问题应该是，过放的程度不同导致的。

lsr0304

wy2000 发表于 2017-6-13 21:48
锂电池3.3V以下就应该主动关机了。一直放电到2.75V，电池会很快不行的

多谢！
涉及到电池的问题，小规模的供应商，完全无法控制，极其纠结。
给的设计要求，是3.0V的过放阈值，但实际在2.7～2.8V即发生欠压保护。拆解其保护板，其IC是大众化的 DW01 + 8205；
详细对比后缀，其过放检测电压（Overdischarge detection）是2.4V；而过放恢复电压（Overdischarge release）是3.0V。

lsr0304

yangsen 发表于 2017-6-13 22:13
楼主，检查一下你的电路不开机情况的电流是否如二楼所说超过了充电IC涓流充电电流；还有一种情况要考虑，就 ...

多谢！
见我对3楼的回复。

另，MCP73831的涓流充电电流是1/10 C，也就是最少有4mA左右。这种情况是远高于我的静态工作电流。

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-14 11:13
dw01不同厂家做的也不太一样，找厂家要规格书，上面会写是否支持0电压充电。我遇到的基本上过放以后，都 ...

多谢！
如前述，这种小规模电池厂，所提供的电池规格书，看了让人疑窦丛生。基本无法技术沟通。

说到这里，据我所知，电池厂可分为3类角色：
1）电池电芯厂商；
2）保护板厂商；
3）电池组装厂。
就我目前遭遇的情况，我猜测应该只是个电池组装厂，其电芯和保护板，是外购的。

具体其保护板的方案，基本2类：
1）S8261 + 8205;
2）DW01 + 8205.
两种方案中：
S8261一般选用“S-8261ABJMD-G3JT2x”，也就是业内俗称的“G3J”，其过放门限为3.0V；
而DW01的后缀则众多， 很难查证；
至于8205，就更不能辨识其具体厂家（我查看过不少电池，8205的MARK明显不一）。

所以，本帖重点回归到两个问题：
1）麻烦坛友推荐可靠的电池供应商；
2）麻烦坛友推荐小容量的充电IC。

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-13 23:10
你说的这个是保护板不支持0V充电，电池放光电以后，就不能再充电了。曾经因为这个问题，10K的手环报废了 ...

刚忘记回答了。
电池保护板所用的IC，其mark为DW01B，按规格书查询，应该是DW01B-G，是支持0V充电的。
但如前述，不辨正伪。

另外，你提到的产品（10k手环），所用充电IC，保护板IC，以及电池供应商，可否推荐呢？

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-14 11:18
多谢！
见我对3楼的回复。

最终结论是充电IC损坏？

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-14 16:53
最终结论是充电IC损坏？

没敢武断定论。
目前，怀疑有三：
1）充电IC损坏，或非正品；
这个原因，不好排查。但目前测试的情况看，批量出现问题：
1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（STS）会拉低；
1.2）断开电路板负载后，MCP73831的输出Vbat可恢复到4.2V。
2）电池故障，包括：电芯品质不良，或 保护板IC非正品；
这个方面，没法排查。就我所检测的多家供货的电池，其保护IC的mark，虽然都是DW01，8205之类，但差别明显。
3）电路设计故障。
电路设计方面，极简单的外围电路，目前未发现异常。


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（修改内容，补充文字说明）

clesun

14年搞穿戴产品，个别产品遇到你这样的，加一个路径电路就好。一个PMOS+一个下拉电阻+一个二极管，充电的时候走5V，不用从电池供电。

lsr0304

clesun 发表于 2017-6-14 17:10
14年搞穿戴产品，个别产品遇到你这样的，加一个路径电路就好。一个PMOS+一个下拉电阻+一个二极管，充电的时 ...

多谢！
你提到的路径管理，充电时设备工作吗？
调研过带路径管理的充电IC，尺寸偏大放弃了。请问有什么推荐？

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-14 17:07
没敢武断定论。
目前，怀疑有三：
1）充电IC损坏，或非正品；

1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（STS）会拉低
        输入短接等于没有输入电压，芯片都断电了，STS应该是悬空状态，不知道你拉底是怎么确定是拉底的。

1.2）断开电路板负载后，MCP73831的输出Vbat可恢复到4.2V。
    ，如果是这样的话，我偏向于怀疑后端电路把电压拉底了，你最好测一下此时的电流是多大。

2）电池故障，包括：电芯品质不良，或 保护板IC非正品；
     怀疑是电芯保护板问题的话，可以把电池保护板去掉。电芯直接接上。

另外虽然你设计正常工作状态的系统静态工作电流远小于4mA，但是你要考虑电池过放保护以后，再次给电池充电时，后端电路是上电重新运行的状态，很有可能这个状态的电流大于4mA。那么就出现了我在二楼说的问题了。

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-14 17:21
多谢！
你提到的路径管理，充电时设备工作吗？
调研过带路径管理的充电IC，尺寸偏大放弃了。请问有什么推 ...

最简单的路径管理就是一个mos一个二极管，至于原理自己分析吧，

clesun

lsr0304 发表于 2017-6-14 17:21
多谢！
你提到的路径管理，充电时设备工作吗？
调研过带路径管理的充电IC，尺寸偏大放弃了。请问有什么推 ...

你看下20楼的电路，就是下边的那个，很简单。充电的时候，pmos栅极高，PMOS截止，电池电压过不去，VBUS通过二极管供电，PMOS还能防止电流倒灌电池；不充电的时候，栅极低，PMOS导通，电池供电。

lsr0304

@clesun @wajlh
多谢二位。这种电路我是可以做，可惜产品比较特殊，PCB空间极受限，放不下。所以才考虑使用单芯片来处理。

@wajlh 讨论的3个问题：
1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（STS）会拉低
        输入短接等于没有输入电压，芯片都断电了，STS应该是悬空状态，不知道你拉底是怎么确定是拉底的。
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这个异常情况是无意发现的；此时电池在线，所以整个系统是带电的；而MCP73831的STS引脚控制充电指示灯（拉低点亮LED），同时接至MCU的IO。

1.2）断开电路板负载后，MCP73831的输出Vbat可恢复到4.2V。
    ，如果是这样的话，我偏向于怀疑后端电路把电压拉底了，你最好测一下此时的电流是多大。
2）电池故障，包括：电芯品质不良，或 保护板IC非正品；
     怀疑是电芯保护板问题的话，可以把电池保护板去掉。电芯直接接上。
另外虽然你设计正常工作状态的系统静态工作电流远小于4mA，但是你要考虑电池过放保护以后，再次给电池充电时，后端电路是上电重新运行的状态，很有可能这个状态的电流大于4mA。那么就出现了我在二楼说的问题了。
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你的判断是对的，的确是产品的负载将Vbat输出拉低；但之前没搞明白，为何影响到电池的充电？
按您后面的判断，我觉得接近事情的潜在原因。查看我的测试记录，产品上电时的平均电流没有4mA，但不排除瞬态电流超过4mA，导致无法充入。我稍后补充测试一下。

lsr0304

测试上电，5s内的电流波形，经分段估算后，Iavg = 3.008mA；这个按说是足够的。
但关键是上电初期，有个大电流脉冲，其时间持续5.4ms，Ipk-pk为48mA。
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基于此，估计在当前的充电电流40mA情况下，是无法激活欠压保护的电池。

1a2b3c

那就是电池包本身的问题了？需要足够大的能量才能从保护状态激活？ 其实验证电池包也简单，找一个保护了的电池，外部加一个限流可调节的直流电源接上，电流限定在你的充电器差不多的值，看看能不能激活电池就知道了

lsr0304

1a2b3c 发表于 2017-6-14 21:49
那就是电池包本身的问题了？需要足够大的能量才能从保护状态激活？ 其实验证电池包也简单，找一个保护了的 ...

嗯。
充不进去电，根据前述的分析测试，不是电池的问题，而是充电时充电电流不足以唤醒欠压保护的电池。需加大充电电流（>=2C），但简单调大充电电流，很可能会损伤电芯的寿命。
后期，看来只能选择路径管理的充电IC，或者自行搭切换电路（如坛友Wajlh提供的）。

电池也是有问题的，首先，其保护板所用IC的设定Overdischarge detection voltage为2.4V，实际在2.75V就发生保护；实际测试中，我是用dc 5V直接短击电池两极，可以唤醒无法充电的电池，但实际产品中无法进行这种操作。
另外，我所选择的供应商也是有问题的，原本要求电池3.0V过放保护，实际降至2.75V才启动保护。

所以，开贴，一是分析问题；二是希望各位坛友推荐合适的供应商（电池/充电IC）。

1a2b3c

嗯那就是电池包（保护板）问题了

lsr0304

1a2b3c 发表于 2017-6-14 22:10
嗯那就是电池包（保护板）问题了

不仅是电池有问题，我的产品设计也有问题，起始上电的电流需求，超出充电IC的驱动能力。

web110

路径管理就加2个二极管就可以了。

lsr0304

web110 发表于 2017-6-15 23:13
路径管理就加2个二极管就可以了。

多谢。
不过，考虑小容量电池，为充分利用，还是diode+mosfet的方案更合适。
当然，最好的有单芯片的充电IC兼带路径管理的。查看了TI的系列，觉得封装/外围电路方面，偏复杂。
不清楚其他厂商有无类似TP4057简洁的IC，可供选择。

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-14 18:21
@clesun @wajlh
多谢二位。这种电路我是可以做，可惜产品比较特殊，PCB空间极受限，放不下。所以才考虑使用 ...

@wajlh 讨论的3个问题：
1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（STS）会拉低
        输入短接等于没有输入电压，芯片都断电了，STS应该是悬空状态，不知道你拉底是怎么确定是拉底的。
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这个异常情况是无意发现的；此时电池在线，所以整个系统是带电的；而MCP73831的STS引脚控制充电指示灯（拉低点亮LED），同时接至MCU的IO。
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芯片断电是指，充电芯片的5V输入没有了，虽然你有电池，但是充电芯片是不工作的。既然STS引脚同时连接至MCU的IO，那么极大的可能是MCU的IO把STS引脚拉底了。
你这种STS引脚同时连接至MCU IO的方式，MCU的IO一定要配置成开漏输出。否则会出现电平冲突。

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-17 19:27
@wajlh 讨论的3个问题：
1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（STS）会拉低
        ...

可能是我表述不清。
@wajlh 讨论的3个问题：
1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（STS）会拉低。
-----------
上述问题的场景，就是在外部输入断电下发生的；也就是，如您所指出的，充电IC的5V输入没有，此时充电IC应该是不工作的；但是STS引脚就是被拉低（导致电亮LED，这个异常才被观测到）。
另，您提到，有可能是MCU的IO将STS拉低。为排除这种可能性，特意做了2个测试：
1）出现异常现象的电路板，将其MCU焊下；
2）将出现异常现象的充电IC，单独取出，使用空板搭建充电局部电路；
两种情况下，短接MCP73831的Vdd（DC Input）和Gnd，其STS引脚仍会拉低（点亮LED）。

至于，您提到设置连接STS的IO为开漏输出，目前无法实现。因为在产品充电中，一直是通过IO来读取STS的高低状态来判断充电的进程。

更奇怪的是，出现异常的PCB，替换一片新的MCP73831后，上述现象就不会出现。但在使用过程中，上述异常又会复现，具体时间无法确定。电路如下：

目前怀疑，异常的起因是：
1）MCP73831的Status引脚在充电充满后输出高，此时高电平约为4.2V；与IO的高电平3.0V不匹配。
查看MCU的电气规格，其supply voltages 最大不得超出4.1V（正常工作Vmax < 3.8V）；但因为此方案一直使用，未见异常，也就未做调整保护。
2）若因电平不匹配，按说应该是MCU的IO被MCP73831破坏，而不是MCP73831的Vdd引脚异常。

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-17 20:47
可能是我表述不清。
@wajlh 讨论的3个问题：
1.1）MCP73831的DC Input引脚与Gnd短接后，其充电状态引脚（ ...

我看了一下规格书，这个是正常的。内部电路框图如下图所示，当你把VDD对地短路时，STAT引脚相当于经过二极管连接到GND了，发光二极管被点亮也是正常的。
有两点想说的，1)一般充电ic的SATA引脚都是开漏输出的，按照你这种用法的时候，没有电平匹配的问题。而MCP73831是推挽输出的，所以会出问题。
                     2）如果你一定要这样用的话，建议你加一个mos做电平匹配后，再输入到MCU。

wajlh

所以你的问题，有两方面，第一，没有加充电路径管理电路，电池过放保护以后，充电IC永远工作在涓流充电状态。第二是充电IC选型不当导致的，你需要选择MCP73832这个型号，SATA引脚是开漏输出的，而不是三态输出的。

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-17 23:55
所以你的问题，有两方面，第一，没有加充电路径管理电路，电池过放保护以后，充电IC永远工作在涓流充电状态 ...

非常感谢。

关于路径管理的问题，的确是因设计简陋，未作处理，受教了。
第2个问题（STS状态），一直没搞清楚。
查看过IC的硬件框图，但是之前对比新IC和故障IC，对应STS拉低与否的区别很明显；而且，对比不同批次之间的IC，也是有区别。
所以下意识里，认为框图中的仅是示意逻辑，而非实际的电路。
按您的说法，看来的确是如此。那么我之前所对比的测试，可能是问题出在IC的正品赝品上（之前一直从华强北拿货，无从判断真伪）。

另外，说到开漏或三态输出，也是受限于产品功能，希望能利用三态的输出，即充满后“低->高”的跳变，来做中断触发。所以选择了MCP73831，而不是MCP73832。

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-17 23:55
所以你的问题，有两方面，第一，没有加充电路径管理电路，电池过放保护以后，充电IC永远工作在涓流充电状态 ...

其实最理想的是，类似TP4057这种IC，能输出2种指示，这样不用再加外围电路来处理不同充电阶段的指示。
同时，我是希望复用LED，既做充电指示，又能响应工作中的状态。

但是TP4057的电流太大，所以不适用。

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-19 12:03
非常感谢。

关于路径管理的问题，的确是因设计简陋，未作处理，受教了。

开漏输出的你加个上拉电阻,不就是实现充满后低变高的需求了么?  一般连接MCU我都是直接使用IO内部的上拉电阻实现.  三态输出的应用场合,一般是直接驱动双色LED才会用到的.  

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-19 14:55
开漏输出的你加个上拉电阻,不就是实现充满后低变高的需求了么?  一般连接MCU我都是直接使用IO内部的上拉 ...

考虑过您提到的方式。如之前我的原理图所示，使用MCP73832替代73831，充满后STS为高阻，所连接的IO，被LED外部电源拉到2.0V（LED自身压降），担心这个电平不能可靠的被识别。

其实最好的处理方式，是：单独使用一个IO去获取MCP73831/2的STS状态，然后再使用2个IO分别去驱动红/绿 LED；这样需占用3个IO。
而当下处理的方式，主要是节省一个IO；即：使用STS直接控制红色LED，且接至IO，用以读取STS状态来接收中断，以处理绿色LED的指示。

综合想了下，还是试试使用MCP73832试试看，中断识别有无问题。

wajlh

lsr0304 发表于 2017-6-19 17:01
考虑过您提到的方式。如之前我的原理图所示，使用MCP73832替代73831，充满后STS为高阻，所连接的IO，被LE ...

LED的VF电压一般是在电流5mA的情况下测试出来的，不点亮的时候要实测一下，LED规格书上似乎都不给这个参数，这个要实测一下。

lsr0304

wajlh 发表于 2017-6-19 20:25
LED的VF电压一般是在电流5mA的情况下测试出来的，不点亮的时候要实测一下，LED规格书上似乎都不给这个参 ...

多谢指点。这个之前没了解过。
刚实测，LED导通时，其压降为2.6V（串接电阻470ohm，压降0.4V）；不导通时，落在LED上的压降约1.0V。
明天再找不同的LED，测试下。

bad_fpga

wajlh 发表于 2017-6-19 14:55
开漏输出的你加个上拉电阻,不就是实现充满后低变高的需求了么?  一般连接MCU我都是直接使用IO内部的上拉 ...

MCP73832这个的状态脚，是开漏输出的，直接接STM32的IO口，它的内部上拉可以实现状态识别吗？
不充电，高电平；
正在充电，低电平；
充满电，高电平；
不知道是不是这样理解？

wajlh

bad_fpga 发表于 2017-12-6 23:54
MCP73832这个的状态脚，是开漏输出的，直接接STM32的IO口，它的内部上拉可以实现状态识别吗？
不充电，高 ...

理论上是没问题的，如果不放心在外面放个上拉电阻呗。如果不行就用外部上拉，没问题的话，外部上拉不焊接就好了。

bad_fpga

wajlh 发表于 2017-12-7 00:02
理论上是没问题的，如果不放心在外面放个上拉电阻呗。如果不行就用外部上拉，没问题的话，外部上拉不焊接 ...

谢谢，今天试了下，STM32的内部上拉拉不起来，加外部上拉就好了，MSP430用内部上拉即可拉起来，我看了两个的上拉电阻也是30多K左右，不明白为什么有差异。

wajlh

bad_fpga 发表于 2017-12-7 19:20
谢谢，今天试了下，STM32的内部上拉拉不起来，加外部上拉就好了，MSP430用内部上拉即可拉起来，我看了两 ...

估计是你配置问题，开漏输出不可能拉不起来的，别说30K，就是300K都能拉起来，IO的输入电流很小的，你还是自己检查下吧

HuangJunting

HX4054 也不错

happymav

楼主找到替代方案了么  我也在找类似的东西，处理一个80mAh的锂电池的应用场景。

希望充电芯片够小，自带电池保护功能，支持状态输出，目前看到了有个SX4059 ，但是电流太大了
还有一个SC1638Q，这货好像太冷门了。

不知道有没有更好的选择

lsr0304

happymav 发表于 2020-12-23 21:21
楼主找到替代方案了么  我也在找类似的东西，处理一个80mAh的锂电池的应用场景。

希望充电芯片够小，自带 ...

一晃3年多过去了。自己都忘记这个求助帖，顺便重温了下。
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抱歉，这个项目没什么进展，后面因公司业务停掉了。
帖子中有坛友推荐增加PMOS来做路径管理，而我当时的项目，PCB面积极为有限，无法适用。不过您可以参考。