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1、锂离子电池保护板的设计锂离子电池保护器IC有适用于单节的及2~4节电池组的。这里介绍这类保护器的要求,并重点介绍单节锂离子电池保护器电路。对锂离子电池保护器的基本要求:1．充电时要充满,终止充电电压精度要保护±1%;2．在充、放电过程中不过流,并有短路保护;3．到达终止放电电压要禁止继续放电,终止放电电压精度在±3%左右;4．对深度放电的电池(低于终止放电电压)在充电前以涓流方式预充电; 5．为了工作稳定可靠,防止瞬态电压变化的干扰,内部有过充电、过放电、过流保护的延时电路,防止瞬态干扰造成误动作;6．在多个串联的电池组充电时,要保护各节电池电压的匹配平衡,匹配精度要求±10%左右;7．自身
2、耗电省(无论在充、放电时保护器都是通电工作的).单节电池保护器耗电一般小于10μA,多节的一般在20μA左右;在到达终止放电时,它处于关闭状态,一般耗电2μA以下;8．保护器电路简单,外围元器件少,占空间小,可以做在电池或电池组中。 缀 富精单节锂离子电池保护器DW01 这里以富精单节锂离子电池保护器DW01为例来说明保护器的电路及工作原理.该器件主要特点:终止充电电压有4.35V、4.30V及4.25V(分别由型号后缀A、B、C表示),充电电压精度可达±30mV(±0.7%);耗电省,在3.5V工作电压时工作电流典型值7μA,到达终止放电后耗电仅
3、0.2μA;有过充、过放、过流保护,并有延时以免瞬态干扰;过放电电压2.4V,精度±3.5%;小尺寸5管脚SOT-23封装;工作温度范围-20~+80℃。 DW01组成的单节锂离子电池保护电路上图,其内部结构简化图及外部元器件图如下图所示.V1为控制放电的MOSFET,V2为控制充电的MOSFET,R1、C1用来消除充电器输入电压的纹波及干扰电压,R2为防止充电器电源接反时保护CS端的电阻,R3为V2的偏置电阻,FU为保险丝,BATT+及BATT-为电池组的正极和负极(此保护器电路置于电池中)。 在正常充、放电时,V1、V2都导通.充电电流从BATT+流入,经保险丝向电池充电,经V1
4、、V2后由BATT-流出.正常放电时,电流由BATT+经负载RL(图1中未画出)后,经BATT-及V2、V1流向电池负极,其电流方向与充电电流方向相反.由于V1、V2的导通电阻RDS(ON)极小,因此损耗较小。几种保护的工作状态如下:1．过充电保护 P1为控制过充电的带滞后的比较器,R6、R7组成分压器接在锂离子电池两端,其中间头检测电池的电压并接在R1的同相端,P1的反相端接1.2V基准电压.充电时电池电压低于过充电阈值电压时,P1的反相端电压大于同相端电压,P1输出低电平,使Q1导通,V2的偏置电阻R3有电流流过使V2也导通(V1在充电时是导通的),这样形成充电回路.当充电到达并超过
5、充电阈值电压时,P1同相端电压超过1.2V,P1输出高电平,经100ms延时后使Q1截止,R3无电压使V2截止,充电电路断开,防止过充电。2．过放电保护 过放电保护电路是由R4、R5组成的分压器、带滞后的比较器P2、100ms延时电路、或门及由Q2、Q3组成的CMOS输出电路组成.当电池放电达到2.4V时,P2输出高电平,经延时后使OD输出低电平,V1截止,放电回路断开,禁止放电。3．过流保护 以放电电流过流保护为例,CS端为放电电流检测端,它连续地检测放电电流.这是利用CS端的电压VCS与放电电流IL有一定关系,如上图所示.如 果把导通的V1、V2看做一个电阻,即RV1DS(O
6、N)及RV2DS(ON),则放电回路如上图的虚线所示.若忽略R2上极小的压降,则VCS对地的电压为: VCS=[RV1DS(ON)+RV2DS(ON)]×IL 即VCS与放电电流IL成比例。 过流保护电路由比较器P3、延时电路或门等组成.若放电电流超过设定阈值而使VCS超过0.2V,则P3输出高电平,其结果与过放电情况相同使V2截止,禁止放电.该器件尚有其他功能,这里不再介绍。有的电路图将CMOS集成在一片芯片中,电路形式如下: BOM如下:电池保护电路的工作原理电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工
7、作原理分析如下： 1、正常状态 在正常状态下电路中N1的“CO"与“DO"脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。7
8、此状态下保护电路的消耗电流为μA级，通常小于7μA。 2、过充电保护 锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到
