7串鋰電池保護(hù)板詳細(xì)設(shè)計(jì)說明

1、7串鋰電池保護(hù)板詳細(xì)設(shè)計(jì)說明1、 技術(shù)指標(biāo)l 最大工作電流：15Al 過充保護(hù)電壓：4.25Vl 過充恢復(fù)電壓：4.15Vl 過放保護(hù)電壓：2.8Vl 過放電恢復(fù)電壓：3Vl 睡眠電壓：2.5Vl 均衡誤差：50mVl 均衡電流：100mAl 放電保護(hù)電流：25Al 放電過流保護(hù)延時(shí)：10msl 充電保護(hù)電流：5Al 充電過流保護(hù)延時(shí)：10msl 短路保護(hù)電流：60Al 短路保護(hù)延時(shí)2msl 充電/加負(fù)載喚醒l 充放電溫度保護(hù)：留功能接口l 睡眠靜態(tài)電流：10uAl 保護(hù)器內(nèi)阻：<15毫歐l 參考尺寸：L80*W58*H27mm2、 方案選擇根據(jù)以上的指標(biāo)，選擇intersil公司的電池

2、管理芯片ISL9208作為模擬前端芯片，控制器芯片使用PIC公司的PIC16F688單片機(jī)?？驁D如下圖所示：圖1、結(jié)構(gòu)框圖功能模塊主要包括：1 模擬前端2 充放電采樣電阻及開關(guān)3 單片機(jī)4 喚醒電路5 單片機(jī)外圍接口3、 模塊說明1 模擬前端模擬前端芯片使用intersil公司的ISL9208，它是針對(duì)57串的電池管理芯片。提供完善的過流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路、3.3V穩(wěn)壓器、電池均衡控制電路、電池電壓轉(zhuǎn)換和沖放電FET驅(qū)動(dòng)功能；同時(shí)過流保護(hù)和短路保護(hù)的電流值及延時(shí)時(shí)間均可編程；控制器可以通過I2C接口設(shè)置各寄存器的值。ISL9208通過使用內(nèi)部的模擬開關(guān)，為帶有AD轉(zhuǎn)換的微控制器提供電池電壓

3、和內(nèi)外溫度管理。芯片特點(diǎn)有：l 軟件可編程過流閾值和保護(hù)時(shí)間。l 快速短路保護(hù)l 三種場(chǎng)效應(yīng)管控制方式Ø 背對(duì)背的充放電MOS控制Ø 單一放電MOS控制Ø 充放電MOS單獨(dú)控制l 集成充放電MOS驅(qū)動(dòng)電路l 3.3V穩(wěn)壓輸出，精度是10%l I2C接口l 內(nèi)部集成均衡MOS，最大均衡電流200mA。l 可編程上升沿或下降沿喚醒l 睡眠電流<10uAl 工作電壓2.3V4.3V（不適合磷酸鐵鋰）2 充放電采樣電阻及開關(guān)充放電的采樣電阻使用康銅絲制作。放電端采樣電阻為4毫歐，使用2根1.2mm的康銅絲并聯(lián)而成。充電端采樣電阻為20毫歐，使用1根0.8mm的康銅絲

4、。放電端使用1個(gè)NMOS芯片，由ISL9208放電MOS控制腳控制。芯片使用IR公司的IRF1404，特性有：l D、S擊穿電壓40Vl 導(dǎo)通電阻4毫歐l 最大連續(xù)工作電流162Al 最大脈沖電流650A充電MOS使用2個(gè)NMOS芯片，分別由ISL9208的充放電MOS控制腳控制。芯片使用IR公司的IRF7469，特性有：l D、S擊穿電壓40Vl 導(dǎo)通電阻17毫歐l 最大連續(xù)工作電流9Al 最大脈沖電流73A驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示：圖2R27和R28的作用消除電路中可能產(chǎn)生的過沖振蕩；D1是為了防止電流灌入ISL9208的CFET管腳；D3的作用是保護(hù)Q23的G和S不超過20V。充電器短路保護(hù)使

5、用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲完成。3 單片機(jī)單片機(jī)使用PIC公司的PIC16F688，這是一顆8位的高性能RISC單片機(jī)。特點(diǎn)有：l 4K字flash，265字節(jié)SRAM，256字節(jié)EEPROM。l 運(yùn)行速度從020M。l 8級(jí)的硬件堆棧。l 2V5.5V工作電壓l 8通道10位AD轉(zhuǎn)換。l 一路UART。l 在線串行編程，接口使用ICSP協(xié)議l 內(nèi)部8M時(shí)鐘發(fā)生。l 帶看門狗l 低功耗設(shè)計(jì)，旁路電流小于1uA，正常工作電流小于2mA。在保護(hù)板中單片機(jī)完成的任務(wù)主要有：l 定時(shí)采集電池電壓，并對(duì)欠壓及過壓做出相應(yīng)反應(yīng)l 充電狀態(tài)判斷l(xiāng) 均衡控制l 讀取過流標(biāo)志，并相應(yīng)動(dòng)作單片機(jī)的供電使用ISL9208提供的

6、3.3V電壓，出于功耗上面的考慮，在幾個(gè)方面對(duì)單片機(jī)的外圍電路進(jìn)行了優(yōu)化：l 單片機(jī)工作在工作和睡眠交替的方式。0.2S工作，睡眠2.4S。l 所有單片機(jī)的輸入IO口都外接上拉或下拉電阻以降低睡眠電流。l 對(duì)AD的2.5V參考電壓使用PMOS進(jìn)行開關(guān)控制，電路如圖3所示?；鶞?zhǔn)源由TL431產(chǎn)生，VREF_CTRL是開關(guān)信號(hào)，低電平有效，VREF是TL431的電壓輸出。由于PIC16F688的參考電壓輸入腳和ICSP編程的CLK腳是共用的，為了使編程能夠順利完成，電路中串聯(lián)了R58，C15是消除參考電壓通道上的噪聲。圖34 喚醒電路喚醒電路包括2個(gè)，分別是負(fù)載喚醒和充電喚醒電路。電路如圖4所示：

7、圖中P-連接的是負(fù)載的負(fù)極，C-連接的是充電器的負(fù)極，B+連接的是電池的正極，WKUP是喚醒信號(hào)，下降沿有效，且低電平的時(shí)間要求大于20ms（消除工頻干擾）。工作原理：在睡眠的時(shí)候充放電MOS管均衡處于關(guān)閉狀態(tài)，因此P-和C-管腳均沒有被電壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng)有電阻連到P+和P-之間的時(shí)候，Q25的B極就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿脈沖，從而是WKUP出低脈沖。當(dāng)有電阻連到C+和C-之間的時(shí)候，Q25的B極會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平，從而使WKUP出低。當(dāng)有電壓連到C+和C-之間的時(shí)候，Q26的E極會(huì)出負(fù)的電壓，從而使WKUP出低。圖4、喚醒電路5 單片機(jī)外圍接口單片機(jī)的外圍接口有4芯的串口和6芯的燒寫口。串口主要用來與上位

8、機(jī)的通信，通信內(nèi)容有各節(jié)電池電壓及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。串口設(shè)置：波特率9600，一個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)。4、 總結(jié)1. 散熱由于保護(hù)板處在一個(gè)空氣相對(duì)靜止的環(huán)境下，因此散熱是較難做好的指標(biāo)。電路中有幾個(gè)發(fā)熱元件，主要有放電支路MOS管，放電支路康銅絲，均衡電阻和PCB線路上的溫升。其中康銅絲的溫度最為嚴(yán)重。以下是總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)：l 在用PCB銅箔作為散熱的條件下，放電支路的MOS管的熱阻（結(jié)點(diǎn)到環(huán)境）一般可以做到2030/W之間，因此設(shè)計(jì)時(shí)盡量不要讓MOS的功率超過2W。l PCB的銅箔厚度使用2OZ，不但有利于降低線路阻抗，同時(shí)有利于散熱。l 均衡電流不宜超過100mA。實(shí)測(cè)2512封裝的電阻在100mA均衡電流的情況下溫升達(dá)到20°。l 康銅絲的本身的熱阻較大，他最好是通過銅箔為他散熱。l 實(shí)測(cè)康銅絲正極焊盤的溫度會(huì)比負(fù)極焊盤的溫度高，因此加大正極焊盤面積比加大負(fù)極焊盤面積更有意義。l 在有過大電流的線路，最好都背面鋪焊