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    鋰離子電池保護電路工作原理

    來源 :尊龍凱時作者:admin發布時間 :2016-04-16 09:42:09

    電路具有過充電保護、過放電保護 、過電流保護與短路保護功能 ,其工作原理分析如下 :

    1  正常狀態

    在正常狀態下電路中N1的“CO"與“DO"腳都輸出高電壓 ,兩個MOSFET都處於導通狀態 ,電池可以自由地進行充電和放電 ,由於MOSFET的導通阻抗很小 ,通常小於30毫歐 ,因此其導通電阻對電路的性能影響很小 。 此狀態下保護電路的消耗電流為μA級 ,通常小於7μA 。

    2  過充電保護

    鋰離子電池作為可充電池的一種 ,要求的充電方式為恒流/恒壓 ,在充電初期,為恒流充電 ,隨著充電過程 ,電壓會上升到4.2V(根據正極材料不同 ,有的電池要求恒壓值為4.1V) ,轉為恒壓充電 ,直至電流越來越小 。 電池在被充電過程中 ,如果充電器電路失去控製 ,會使電池電壓超過4.2V後繼續恒流充電 ,此時電池電壓仍會繼續上升 ,當電池電壓被充電至超過4.3V時 ,電池的化學副反應將加劇 ,會導致電池損壞或出現安全問題 。

    在帶有保護電路的電池中 ,當控製IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控製IC決定 ,不同的IC有不同的值)時 ,其“CO"腳將由高電壓轉變為零電壓 ,使V2由導通轉為關斷 ,從而切斷了充電回路 ,使充電器無法再對電池進行充電,起到過充電保護作用 。而此時由於V2自帶的體二極管VD2的存在 ,電池可以通過該二極管對外部負載進行放電 。

    在控製IC檢測到電池電壓超過4.28V至發出關斷V2信號之間 ,還有一段延時時間 ,該延時時間的長短由C3決定 ,通常設為1秒左右 ,以避免因幹擾而造成誤判斷 。

    3  過放電保護

    電池在對外部負載放電過程中 ,其電壓會隨著放電過程逐漸降低 ,當電池電壓降至2.5V時 ,其容量已被完全放光 ,此時如果讓電池繼續對負載放電 ,將造成電池的永久性損壞 。

    在電池放電過程中 ,當控製IC檢測到電池電壓低於2.3V(該值由控製IC決定 ,不同的IC有不同的值)時,其“DO"腳將由高電壓轉變為零電壓 ,使V1由導通轉為關斷 ,從而切斷了放電回路 ,使電池無法再對負載進行放電 ,起到過放電保護作用 。而此時由於V1自帶的體二極管VD1的存在 ,充電器可以通過該二極管對電池進行充電。

    由於在過放電保護狀態下電池電壓不能再降低 ,因此要求保護電路的消耗電流極小 ,此時控製IC會進入低功耗狀態 ,整個保護電路耗電會小於0.1μA 。

    在控製IC檢測到電池電壓低於2.3V至發出關斷V1信號之間 ,也有一段延時時間 ,該延時時間的長短由C3決定 ,通常設為100毫秒左右 ,以避免因幹擾而造成誤判斷 。

    4  過電流保護

    由於鋰電池的化學特性 ,電池生產廠家規定了其放電電流最大不能超過2C(C=電池容量/小時) ,當電池超過2C電流放電時 ,將會導致電池的永久性損壞或出現安全問題 。

    電池在對負載正常放電過程中 ,放電電流在經過串聯的2個MOSFET時 ,由於MOSFET的導通阻抗 ,會在其兩端產生一個電壓 ,該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導通阻抗 ,控製IC上的“V-"腳對該電壓值進行檢測 ,若負載因某種原因導致異常 ,使回路電流增大 ,當回路電流大到使U>0.1V(該值由控製IC決定 ,不同的IC有不同的值)時 ,其“DO"腳將由高電壓轉變為零電壓 ,使V1由導通轉為關斷 ,從而切斷了放電回路 ,使回路中電流為零 ,起到過電流保護作用 。

    在控製IC檢測到過電流發生至發出關斷V1信號之間 ,也有一段延時時間 ,該延時時間的長短由C3決定 ,通常為13毫秒左右 ,以避免因幹擾而造成誤判斷 。

    在上述控製過程中可知 ,其過電流檢測值大小不僅取決於控製IC的控製值 ,還取決於MOSFET的導通阻抗,當MOSFET導通阻抗越大時 ,對同樣的控製IC ,其過電流保護值越小 。

    5  短路保護

    電池在對負載放電過程中 ,若回路電流大到使U>0.9V(該值由控製IC決定 ,不同的IC有不同的值)時 ,控製IC則判斷為負載短路 ,其“DO"腳將迅速由高電壓轉變為零電壓 ,使V1由導通轉為關斷 ,從而切斷放電回路 ,起到短路保護作用 。短路保護的延時時間極短 ,通常小於7微秒 。其工作原理與過電流保護類似 ,隻是判斷方法不同 ,保護延時時間也不一樣 。