礦用鋰電池充電保護(hù)電路的研制

1、近設(shè)定深度報警 ,分別用于上提接近井口時提醒、儀器出井口聲光報警和定位 提示。2.3數(shù)據(jù)處理和控制功能數(shù)據(jù)處理內(nèi)容包括 :計數(shù)脈沖的讀取和預(yù)置 ;未校正深度的計算 ;深度校正 ;硬件 定時器的觸發(fā)和中斷 ;速度計算 ;張力、方向張力和差分張力計算 ;漢字提取與顯示 ; 觸摸屏通信和鍵值計算 ;各報警項的判斷與觸發(fā) ;數(shù)據(jù)存儲和打印的接口通信?，F(xiàn)場操作時 ,由于一般工程絞車都采用角速度控制 ,長時間的井下作業(yè)過程中 ,電 纜的線速度變化大 ,操作員需要時刻注意絞車的工作狀態(tài) ,并不斷調(diào)整 ,以保證電纜線 速度基本恒定 ,滿足井下作業(yè)需要?？山Y(jié)合液壓電控制器 ,構(gòu)建閉環(huán)線速度控制回 路。3結(jié)語在消

2、化吸收引進(jìn)設(shè)備的功能基礎(chǔ)上 ,結(jié)合技術(shù)發(fā)展和國產(chǎn)化要求 ,設(shè)計了新的工 程絞車測控裝置。對測控電路作了改進(jìn) ,增加部分實用功能 ,可與目前國內(nèi)各種石油 工程絞車配套使用。第 4 期 2006 年 8 月工礦自動化Industr y and M ine Automat ionNo.4Aug.2006文章編號 :1671-251X(200604-0079-03馬宏偉 1,李彬 2（1.西安科技大學(xué) ,陜西西安 710054; 2.陜西壓延設(shè)備廠 ,陜西富平 711711摘要:介紹了鋰電池的優(yōu)勢和保護(hù)電路的特點。用 IC 做充電管理 ,設(shè)計了一種礦 用鋰電池充放電管理電路 ,并給出了充電參數(shù)的設(shè)置方

3、法和充放電控制的狀態(tài)流 程。為礦用鋰電池保護(hù)電路的設(shè)計提供了一種參考。關(guān)鍵詞:礦用鋰電池 ;充電保護(hù);短路保護(hù)中圖分類號 :TD611文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B0引言鋰電池具有較高的能量重量比和能量體積比 ,無記憶效應(yīng) ,可重復(fù)充電次數(shù)多 ,使 用壽命較長 ,價格也越來越低。它的這些特點促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品向更小更輕的方向 發(fā)展,使得選用單節(jié)鋰電池供電的產(chǎn)品也越來越多。本文主要就礦用鋰電池充電保 護(hù)電路作一介紹。礦用鋰電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻 ,對保護(hù)電路的要求較 高。其要求的充電方式是先恒流后恒壓方式 ,為有效利用電池容量 ,需將礦用鋰電池 充電至最大電壓 ,但是過壓充電會造成電池?fù)p壞 ,

4、這就要求較高的控制精度 （精度高于 1%。另外 ,對于電壓過低的電池需要預(yù)充 ,充電終止檢測除電壓檢測外 ,還需采用其 它的輔助方法作為防止過充的后備措施 ,如檢測電池溫度、限定充電時間 ,為電池提 供附加保護(hù)。由此可見 ,實現(xiàn)安全高收稿日期 :2006-03-11作者簡介:馬宏偉（1957-,男,陜西興平人 ,博士研究生導(dǎo)師。效的充電控制成為礦 用鋰電池推廣應(yīng)用的瓶頸。單體礦用鋰電池的充電電壓一般嚴(yán)格保持在 4.25V（ 在必要的情況下適當(dāng)調(diào) 整?50mV,它的充電電壓與充電次數(shù)成反比 ,充電速率通常限制在 IC 以下。若充電電 壓超過 4.5V,可能造成電池的永久性損壞。鋰電池充電特性曲線

5、如圖1 所示。該充電特性曲線具有負(fù)的溫度系數(shù) （它的限流可利用熱敏電阻進(jìn)行限流 ,因此環(huán)境溫度對 充放電特性有較大影響 ,需根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整各充電門限參數(shù)值。先以 IC 充電速率 充電 ,在此過程中 ,充電電流恒定不變 ,電池電壓逐漸上升。當(dāng)單體電池的電壓上升到 4.2V（依產(chǎn)品的不同可適當(dāng)放到 4.25V 時,充電器應(yīng)立即轉(zhuǎn)入恒壓的充電 ,充電電壓的 波動應(yīng)控制在 50mV 以內(nèi)。充電電流逐漸減少 ,當(dāng)電池充足電時 ,電流下降到涓流充 電電流。用這種方法 ,大約需 2h,電池可充到額定容量。在這里采用的是先恒流再恒 壓的充電模式。圖 1 鋰電池充電特性曲線圖礦用鋰電池的保護(hù)電路原理圖如圖 2

6、所示。圖 2 電池保護(hù)電路原理圖2.1 正常情況當(dāng)電池處于正常工作狀態(tài)時 ,V DD 電壓滿足 4.35V>V DD >2.5V 條件 ,這時 IC 的1腳和 3腳輸出高電平 ,外圍電路的 2個NM OSFET 處于開啟狀態(tài) ,電路正常工 作。電池連接在 V DD 和 V SS 之間,通過 IC 的V DD 和V SS 來檢測電池的電壓、 IC 的 V M 和 V SS 控制充電和放電。當(dāng)電池電壓在過放電檢測電壓 (V DL 和過充 電檢測電壓 (V CU 的范圍內(nèi)、 V M 電壓在充電檢測電壓 (V CHA 和過電流 1 檢測電 壓(V IOV 1 范圍內(nèi)時,IC 就通過控制 N

7、M OSFET 的打開和關(guān)斷來控制充電和放電。 這是在正常情況下 ,充電和放電隨時可以進(jìn)行。2.2 過流保護(hù)當(dāng)V M 針電壓等于或高于過流檢測電壓 ,過放電電流就會超過正常允許值 ,IC 通過控制 NM OS -FET 的關(guān)斷來停止放電。這種狀態(tài)被稱為過電流保護(hù) ,主要用于 防止電池的放電電流超過所設(shè)定的最大值。 NMOSFET 導(dǎo)通時有一內(nèi)阻 R ds ,因此 可以通過檢測 NM OSFET 內(nèi)阻上的電壓來確定放電電流的大小。過放電電流的臨 界值 I max 放為I max 放 =U max /2R ds式中:U max 是保護(hù)芯片檢測電壓的預(yù)設(shè)值。當(dāng)電池放電時 ,由 d 點檢測電壓的大小

8、,若高于預(yù)設(shè)值,則說明放電電流過大 ,保護(hù)芯片就從 a 點送出一個低電平關(guān)閉NMOSFET 信號,切斷電源。在過電流條件下 ,IC 內(nèi)部 V M 和 V SS 針通過一個小電 阻被短接 ,只要連接著負(fù)載 ,負(fù)載就會把 V M 針的電壓拉到 V DD 點的電位。當(dāng)去掉 負(fù)載,V M 腳的電壓就降到 V SS 點的電位。當(dāng) EB+和EB-之間的阻抗比負(fù)載阻抗高 時,過電流結(jié)束 ,電路恢復(fù)正常 ,并且 IC 檢測到 V M 針電位低于過電流 1檢測電壓 (V IOV 1 。狀態(tài)圖如圖 3 所示。圖 3 過電流檢測狀態(tài)圖2.3 過充電狀態(tài)當(dāng)對礦用鋰電池充電到某一狀態(tài)時 (V DD 電壓超過 4.25

9、4.30V,稱之為過充電 狀態(tài)。在圖 2中,通過 IC 的 5腳檢測到 V DD 電壓超過一個閾值電壓 (4.35V時,通過 電阻分壓和電壓 U 1 進(jìn)行比較 , 輸出一個低電平。電平經(jīng)過一定的邏輯控制和電平 位移后經(jīng)圖 2中的 CO 腳輸出,關(guān)閉充電保護(hù) NM OSFET 管,切斷對電池的充電。這 個產(chǎn)品要求充電保護(hù)電壓是 4.25V (必要時可適當(dāng)調(diào)整到 4.30V 以內(nèi),如果超過這個 極限值的話 ,可通過調(diào)節(jié)圖 2中的電阻 R 1的大小,達(dá)到所要求的條件 ,R 1的取值范 圍是 3004708。在下面兩種狀況下充電狀況被釋放 :(1電池電壓降到過充電檢測電壓 (V CU -過充電檢測遲滯

10、電壓 (V HD 時,IC 打開 控制充電的 NM OSFET 管,進(jìn)行充電。狀態(tài)圖如圖 4 所示。 (2 接上負(fù)載開始放 電,IC 就打開充電控制的 NM OSFET,并在正常狀態(tài)下放電。有負(fù)載時就放電 ,放電 電流流過控制充電的 NMOSFET 里的寄生二極管。這時從 V S S 電位增加的寄生 二極管的電壓 V f 使 V M 針電位瞬時增加。當(dāng) V M 針的電壓超過過電流檢測電壓 時,如果電池電壓被內(nèi)阻消耗到過充電電壓以下 ,IC 釋放過充電。 2.4 過放電狀態(tài)正常放電時電池電壓下降到過放電檢測電壓#80#工礦自動化 2006年 8月圖 4 過充和過放檢測狀態(tài)圖(V DL 以下,過放

11、電檢測時間 (t DL 延長,IC工作,使控制放電的 NMOSFET管關(guān) 斷,停止放電 ,這種狀態(tài)被稱為過放電狀態(tài)。在圖 2 中通過 5 腳檢測。當(dāng)放電時 ,電流 從 EB+流出,電池電壓逐漸下降。當(dāng) V DD 電壓低于一個閾值電壓 (2.5V 時,通過電阻 分壓后和電壓 U2 比較,輸出一個高電平。通過 1個振蕩器邏輯控制、 1個過電流檢 測比較電路以及 1個分頻器邏輯控制 ,在DO腳輸出低電平 ,關(guān)閉外圍電路中放電保 護(hù)的 NMOSFET 管,這種狀態(tài)稱為過放電保護(hù) ,用于防止因放電時電池電壓低于電池 額定電壓的下限。該電路要求過放電電壓在 2.8V 左右。當(dāng)放電控制的 NMOSFET 關(guān)

12、斷時,IC內(nèi)部跨接在 V M 和V DD 之間的電阻又把 V M 腳的電壓拉高。當(dāng) V M 和 V DD 之間的壓差是 1.3V 時 ,放電消耗逐漸減小 ,這種狀況被稱為斷電保護(hù)狀態(tài)。 充電器連接好后 ,V M和 V DD 之間的壓差是 1.3V或者更高時,斷電保護(hù)釋放。當(dāng)電 池電壓和過放電保護(hù)電壓 (V DL 相同或者比它高時 ,IC打開放電 NMOSFET 管放電, 直到它達(dá)到正常值為止。狀態(tài)圖如圖 4 所示。2.5負(fù)載的短路保護(hù)當(dāng) IC 的 2 腳電壓進(jìn)一步增大超過 1.8V (V short 時 ,電路之間通過一個與門在 DO輸出一個低電平信號來關(guān)閉外圍電路的 NM OSFET 管。過

13、流狀態(tài)和短路工作 狀態(tài)的檢測都是通過外圍電路中串聯(lián)的 2個NM OSFET 管的導(dǎo)通電阻的壓降來實 現(xiàn)的,2個NM OSFET管對應(yīng)圖 1中的充電 NM OSFET和放電 N MOSFET 。當(dāng)對電 池進(jìn)行充電和放電 ,外圍電路的電流方向是變化的 ,它是用于防止電池正負(fù)極短路。2.6充電檢測在過放電條件下 ,電池連接在充電器上時 ,如果 V M 針的電壓比充電檢測電壓低 時,放電控制的 NM OSFET 被接通 ;當(dāng)電池電壓和過放電電壓相等或者比過放電檢測 電壓(V DL 高時,開始充電。這種狀態(tài)被稱為充電檢測狀態(tài)。在過放電條件下,電池連接在充電器上 ,如果 V M 針的電壓不低于充電檢測電壓

14、時 ,在電池電壓放到過放電 檢測電壓 (V DL+ 過放電遲滯電壓或再高點時 ,IC 釋放過充電保護(hù)狀態(tài)。3結(jié)語介紹了礦用鋰電池保護(hù)電路設(shè)計的一般原理 ,給出了礦用鋰電池管理芯片重要 功能塊的實現(xiàn)方法。對于礦用鋰電池的一些比較特殊的和比較復(fù)雜的功能,比如要對多節(jié)礦用鋰電池的管理所要求的電路還有待于進(jìn)一步的研究。參考文獻(xiàn) :1樊子宇,高永紅,黃立朝.簡化 BI-CM OS 工藝設(shè)計的鋰離子電池充電管理電路 J.半導(dǎo)體技術(shù) ,2002,27(12:2425.第 4 期 2006 年 8 月工礦自動化Industr y and M ine Automat ionNo.4Aug.2006文章編號 :1671-251X(200604-0081-04OPC規(guī)范在現(xiàn)代煤礦應(yīng)用中的程序?qū)崿F(xiàn)暴瑞卿 1,李增錄 2 (1.山西潞安礦業(yè)集團(tuán)屯留煤礦 ,山西長治 046200;2.山丹礦業(yè)集團(tuán) ,甘肅張液734000 摘要:介紹了現(xiàn)代煤礦大型機(jī)電設(shè)備自動