锂离子电池保护电路

1．什么是锂离子电池保护ic？

答：在锂离子电池使用过程中，过充电、过放电对锂电池的电性能都会造成一定的影响，为避免使用中出现这种现象，专门设计了一套电路，并用微电子技术把它小型化，成为一个芯片，该芯片俗称锂电池保护ic。

2．保护ic外形是什么样的？

答：保护ic外形常用的有两种：

一种称为SOT-23-5封装。

另一种较薄,称TSSOP-8封装。

3．Ic内部有些什么电路，能大概介绍一下吗？

答：ic内部的简化的逻辑图如下：

其各个端口的功能简述如下：

VDD： 1。IC芯片电源输入端。

2．锂电池电压采样点。

VSS： 1。IC芯片测量电路基准参考点。

2．锂电池负极和IC连接点。

DO： IC对放电MOS管的输出控制端

CO： IC对充电MOS管的输出控制端

VM： IC芯片对锂电池工作电流的采样输入端

从简化的逻辑图可见：电池过充电、过放电，放电时电流过大（过电流），外围电路短路，该ic都会检测出来，并驱动相应的电子器件动作。

4．Ic有哪些主要技术指标？

答：1）过充电检测电压： VCU 4.275±25mv （4.25 4.275 4.30）

2）过充电恢复电压： VCL 4.175±30mv （4.145 4.175 4.205）

3) 过放电检测电压： VDL 2.3±80mv (2.22 2.3 2.38 ）

4) 过放电恢复电压： VDU 2.4±0.1mv (2.3 2.4 2.5 )

5) 过电流检测电压： VIOV1 0.1±30mv (0.07V 0.1 0.13V)

VIOV2 0.5±0.1mv (0.4 0.5 0.6 )

6) 短路检测电压： VSHORT -1.3V (-1.7 -1.3 -0.6 )

7) 过充电检测延时： tcu 1s （0.5 1 2 ）

8) 过放电检测延时 ：tdl 125ms （62.5 125 250 ）

9) 过流延时： TioV1 8ms （4 8 16 ）

TioV2 2ms （1 2 4 ）

10）短路延时： Tshort 10us （10 50us）

11）正常功耗： 10PE 3uA （1 3 6uA）

12）静电功耗： 1PDN 0.1 uA

5．锂电池保护电路的PCB板上，除了保护ic外，还需要哪些元件，才能组成一个完整的保护PCB？

答：还需要作为开关功能用的两只场效应管、若干电阻、电容。

6．场效应管是什么样子？

答：场效应管也称MOS FET，在锂电池保护PCB上，都是成对使用，因此制造商把两只独立的MOS FET封装在一起，其外形通常也有两种：

一种是SOP-8封装。见下图：

其内部接法如下图：

另一种封装较薄,称TSSOP-8。

其内部接法如下：

7．MOS FET 在电路中起什么作用？它是怎样工作的？

答：MOS FET通常有三只脚，分别称为漏极D、源极S、栅极G。它在电子线路中的功能可用下图简单说明。

简言之，MOS FET 在电子电路中可把它看作是一只特殊的开关。当栅极G得到了一个高电平，右图的开关就闭合；电流在D.S之间通过。当栅极G得到的不是高电平，而是低电平，则D.S 之间开关看作开路，电流不能通过。

8．常听人说MOS FET的内阻是多少、多少，到底什么是MOS FET的内阻？

答：如上图所示，D.S之间的开关闭合时总存在一定的电阻，这个电阻相当于MOS FET的内阻，一般这个电阻很小，都在10~30mΩ之间。可见，电流通过MOS FET，由于存在内阻，根据欧姆定律，必然存在电压降，从而损耗掉一部份电能，可见MOS FET 的内阻应越小越好。

9．除内阻外，MOS管还有哪些主要技术指标？

答：MOS管有以下主要技术指标：

1）漏源极耐压值： VDSS 20V

2）漏栅极耐压值： VDGR 20V

3）栅源极耐压值： VGSS 12V

4）漏极最大电流ID DC 6A

Polse 24A

5）漏源极内阻RDS VGS 2V ID 3A 22mΩ——45mΩ

VGS 2.5V ID 3A 19mΩ——30mΩ

VGS 4V ID 3A 16mΩ——20mΩ

10．你能较完整地介绍一下保护PCB的工作原理吗？

答：保护PCB的完整电原理图如下：

上图中B是电池，P+、P-是电池块接充电器电源或与手机相接的正负极。

充电状态：

充电时，充电电流由P+进入→B+→ MOS1→MOS2→P-。

在充电的同时，ic通过Vcc和R1对电池连续进行测量。当检测到电池电压充电到4.2V时（这个电压随不同ic而异），ic内的过充电检测电路将检测到的这个信号并将它转换成一系列的电平信号，其中的一个低电平信号传送到ic的输出端CO，促使MOS2关断，从而终止充电。

放电状态：

放电时，放电电流从电池正极B+→P+→负载（手机）→P-→MOS2→MOS1→B-

在放电的同时，ic内的过放检测电路连续测量电池两端的电压，当电池电压随着用电时间的加长而下降到2.3V时（这个电压值随不同的ic而异），该检测电路输出信号，使输出端DO为低电平，从而使MOS1关断，终止电池放电。

在某种特殊情况下，如果电池放电时，电流大于某一额定值，ic内的过电流检测器会输出一个低电平信号到DO端，使MOS1在5~15ms的时间内关断（这个值随不同的电流和不同的MOS管内阻而异）。

在极端情况下，P+、P-端发生短路，则ic内部的短路检测电路，将会检测到这个信号，并将这个信号转换成低电平，输出到DO端，从而使MOS1在10~50us的时间内关闭，从而切断电路。

11．ic的功耗是怎么回事？怎样测量？

答：ic是一个完整的电子线路，它在工作时要消耗掉一部份电能，当电池块在手机中工作时，ic将从锂电池中以吸取电能，可见，要求ic的功耗越小越好。

ic的功耗是用消耗的电流来度量的，一般这个电流值在3~6uA之间。

由电原理图可见，ic通过电阻R1，从电池中吸取电流，因此只要测量出R1两端的电压降V1，根据欧姆定律可算得ic的功耗，电流值为I=V1/R1。

12．一般的电池块有四个输出端（四个弹簧片接点），能介绍一下各自的功能吗？

答：一般的电池块外露有四个簧片接点，其中两点是P+、P-，另外两点各有不同。见下图：

上左图中，NTC是接热敏电阻的端点，（该电阻紧贴锂电池，便于检测电池温度），另一点是接识别电阻的端点IR。在高档一些的手机中，识别器件是一个ROM片2502（或其它），见图中虚线所示。

上右图中与左图类似,仅少了一个热敏电阻NTC。

13．锂电池的保护PCB板有互换性吗？

答：答案是否定的，主要原因是：

1）不同的锂电生产厂生产的锂电的性能不一，从而所选用的ic也不一样，主要指过充电检测电压。

2）采用不同的MOS管由于其内阻不一，所以根据工作电流应选用不同的ic。

3）识别电阻不一样。

14．保护电路的发展方向怎样？

答：一。向更小型化发展。

1．MOS和ic封装在一起称MCP（MuIti chip package）

2．MOS、ic、电阻、电容全部封装在一起称COB（Chip On Board）

二．二次保护电路

在实际使用锂电池保护电路中，人们发现，由于某些电子元器件的失效，导致整个保护电路失效，从而给锂电池的安全使用带来一些隐患。

为此，人们在原来保护电路的基础上，又加了一重保护电路，这种保护电路称二次保护电路，而把原来的保护电路称为一次保护电路。

二次保护电路主要有以下两种方案。

A．用二套ic

B．用电压检测器和特殊熔断丝组成二次保护电路。

以上是一节锂电池保护电路的基本概念， 2 、3、4节的锂电池保护电路与此类似。见下图。

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