鋰電池保護(hù)芯片原理

1、鋰電池保護(hù)原理鋰電池保護(hù)板是對(duì)串聯(lián)鋰電池組的充放電保護(hù)；在充滿電時(shí)能保證各單體電池之間的電壓差異小于設(shè)定值（一般20mV），實(shí)現(xiàn)電池組各單體電池的均充，有效地改善了串聯(lián)充電方式下的充電效果；同時(shí)檢測(cè)電池組中各個(gè)單體電池的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫狀態(tài)，保護(hù)并延長(zhǎng)電池使用壽命；欠壓保護(hù)使每一單節(jié)電池在放電使用時(shí)避免電池因過(guò)放電而損壞。成品鋰電池組成主要有兩大部分，鋰電池芯和保護(hù)板，鋰電池芯主要由正極板、隔膜、負(fù)極板、電解液組成；正極板、隔膜、負(fù)極板纏繞或?qū)盈B，包裝，灌注電解液，封裝后即制成電芯，鋰電池保護(hù)板的作用很多人都不知道，鋰電池保護(hù)板，顧名思義就是保護(hù)鋰電池用的，鋰電池保護(hù)板的作用是保護(hù)

2、電池不過(guò)放、不過(guò)充、不過(guò)流，還有就是輸出短路保護(hù)。01鋰電池保護(hù)板組成1、控制ic，2、開(kāi)關(guān)管，另外還加一些微容和微阻而組成?？刂苅c 作用是對(duì)電池的保護(hù)，如達(dá)到保護(hù)條件就控制mos進(jìn)行斷開(kāi)或閉合（如電池達(dá)到過(guò)充、過(guò)放、短路、過(guò)流、等保護(hù)條件），其中mos管的作用就是開(kāi)關(guān)作用，由控制ic開(kāi)控制。鋰電池（可充型）之所以需要保護(hù)，是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電，因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保險(xiǎn)器出現(xiàn)。鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC協(xié)同完成，保護(hù)板是由電子電路組成，在-40至+85的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電

3、芯的電壓和充放回路的電流。02保護(hù)板的工作原理1、過(guò)充保護(hù)及過(guò)充保護(hù)恢復(fù)當(dāng)電池被充電使電壓超過(guò)設(shè)定值VC(4.25-4.35V，具體過(guò)充保護(hù)電壓取決于IC)后，VD1翻轉(zhuǎn)使Cout變?yōu)榈碗娖?，T1截止，充電停止.當(dāng)電池電壓回落至VCR(3.8-4.1V，具體過(guò)充保護(hù)恢復(fù)電壓取決于IC)時(shí)，Cout變?yōu)楦唠娖?，T1導(dǎo)通充電繼續(xù)， VCR必須小于VC一個(gè)定值，以防止頻繁跳變。2、過(guò)放保護(hù)及過(guò)放保護(hù)恢復(fù)當(dāng)電池電壓因放電而降低至設(shè)定值VD（2.3-2.5V，具體過(guò)充保護(hù)電壓取決于IC）時(shí)， VD2翻轉(zhuǎn)，以短時(shí)間延時(shí)后，使Dout變?yōu)榈碗娖?，T2截止，放電停止，當(dāng)電池被置于充電時(shí)，內(nèi)部或門被翻轉(zhuǎn)而使T2

4、再次導(dǎo)通為下次放電作好準(zhǔn)備。3、過(guò)流、短路保護(hù)當(dāng)電路充放回路電流超過(guò)設(shè)定值或被短路時(shí)，短路檢測(cè)電路動(dòng)作，使MOS管關(guān)斷，電流截止。03保護(hù)板主要零件的功能介紹R1：基準(zhǔn)供電電阻；與IC內(nèi)部電阻構(gòu)成分壓電路，控制內(nèi)部過(guò)充、過(guò)放電壓比較器的電平翻轉(zhuǎn)；一般在阻值為330、470比較多；當(dāng)封裝形式（即用標(biāo)準(zhǔn)元件的長(zhǎng)和寬來(lái)表示元件大小，如0402封裝標(biāo)識(shí)此元件的長(zhǎng)和寬分別為1.0mm和0.5mm）較大時(shí)，會(huì)用數(shù)字標(biāo)識(shí)其阻值，如貼片電阻上數(shù)字標(biāo)識(shí)473， 即表示其阻值為47000即47K（第三位數(shù)表示在前兩位后面加0的位數(shù)）。R2：過(guò)流、短路檢測(cè)電阻；通過(guò)檢測(cè)VM端電壓控制保護(hù)板的電流 ，焊接不良、損壞會(huì)

5、造成電池過(guò)流 、短路無(wú)保護(hù)，一般阻值為1K、2K較多。R3：ID識(shí)別電阻或NTC電阻（前面有介紹）或兩者都有?？偨Y(jié)：電阻在保護(hù)板中為黑色貼片，用萬(wàn)用表可測(cè)其阻值，當(dāng)封裝較大時(shí)其阻值會(huì)用數(shù)字表示，表示方法如上所述，當(dāng)然電阻阻值一般都有偏差，每個(gè)電阻都有精度規(guī)格，如10K電阻規(guī)格為+/5精度則其阻值為9.5K 10.5K范圍內(nèi)都為合格。C1、C2：由于電容兩端電壓不能突變，起瞬間穩(wěn)壓和濾波作用。總結(jié)：電容在保護(hù)板中為黃色貼片，封裝形式0402較多，也有少數(shù)0603封裝(1.6mm長(zhǎng),0.8mm寬)；用萬(wàn)用表檢測(cè)其阻值一般為無(wú)窮大或M級(jí)別；電容漏電會(huì)產(chǎn)生自耗電大，短路無(wú)自恢復(fù)現(xiàn)象。FUSE：普通FU

6、SE或PTC（Positive Temperature Coefficient的縮寫，意思是正溫度系數(shù)）；防止不安全大電流和高溫放電的發(fā)生，其中PTC有自恢復(fù)功能?？偨Y(jié)：FUSE在保護(hù)板中一般為白色貼片，LITTE公司提供FUSE會(huì)在FUSE上標(biāo)識(shí)字符D-T，字符表示意思為FUSE能承受的額定電流，如表示D額定電流為0.25A，S為4A，T為5A等。U1：控制IC；保護(hù)板所有功能都是IC通過(guò)監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電壓差及VM-VSS間的電壓差而控制C-MOS執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Cout：過(guò)充控制端；通過(guò)MOS管T2柵極電壓控制MOS管的開(kāi)關(guān)。Dout：過(guò)放、過(guò)流、短路控制端；通過(guò)MOS

7、管T1柵極電壓控制MOS管的開(kāi)關(guān)。VM：過(guò)流、短路保護(hù)電壓檢測(cè)端；通過(guò)檢測(cè)VM端的電壓實(shí)現(xiàn)電路的過(guò)流、短路保護(hù)（U（VM）=I*R（MOSFET）?？偨Y(jié)：IC在保護(hù)板中一般為6個(gè)管腳的封裝形式，其區(qū)別管腳的方法為：在封裝體上標(biāo)識(shí)黑點(diǎn)的附近為第1管腳，然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別為第2、3、4、5、6管腳；如封裝體上無(wú)黑點(diǎn)標(biāo)識(shí)，則正看封裝體上字符左下為第1管腳，其余管腳逆時(shí)針類推）C-MOS：場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管；保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)者 ；連焊、虛焊、假焊、擊穿時(shí)會(huì)造成電池?zé)o保護(hù)、無(wú)顯示、輸出電壓低等不良現(xiàn)象?？偨Y(jié)：CMOS在保護(hù)板中一般為8個(gè)管腳的封裝形式，它時(shí)由兩個(gè)MOS管構(gòu)成，相當(dāng)于兩個(gè)開(kāi)關(guān)，分別控制過(guò)充保護(hù)和過(guò)

8、放、過(guò)流、短路保護(hù)；其管腳區(qū)分方法和IC一樣。在保護(hù)板正常情況下，Vdd為高電平，Vss、VM為低電平，Dout、Cout為高電平；當(dāng)Vdd、Vss、VM任何一項(xiàng)參數(shù)變換時(shí)，Dout或Cout的電平將發(fā)生變化，此時(shí)MOSFET執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作（開(kāi)、關(guān)電路），從而實(shí)現(xiàn)電路的保護(hù)和恢復(fù)功能。04保護(hù)板常見(jiàn)不良分析一、 無(wú)顯示、輸出電壓低、帶不起負(fù)載：此類不良首先排除電芯不良（電芯本來(lái)無(wú)電壓或電壓低），如果電芯不良則應(yīng)測(cè)試保護(hù)板的自耗電，看是否是保護(hù)板自耗電過(guò)大導(dǎo)致電芯電壓低。如果電芯電壓正常，則是由于保護(hù)板整個(gè)回路不通（元器件虛焊、假焊、FUSE不良、PCB板內(nèi)部電路不通、過(guò)孔不通、MOS、IC損壞

9、等）。具體分析步驟如下：（一）、用萬(wàn)用表黑表筆接電芯負(fù)極，紅表筆依次接FUSE、R1電阻兩端，IC的Vdd、Dout、Cout端，P+端（假設(shè)電芯電壓為3.8V），逐段進(jìn)行分析，此幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)都應(yīng)為3.8V。若不是，則此段電路有問(wèn)題。1. FUSE兩端電壓有變化：測(cè)試FUSE是否導(dǎo)通，若導(dǎo)通則是PCB板內(nèi)部電路不通；若不導(dǎo)通則FUSE有問(wèn)題（來(lái)料不良、過(guò)流損壞（MOS或IC控制失效）、材質(zhì)有問(wèn)題（在MOS或IC動(dòng)作之前FUSE被燒壞），然后用導(dǎo)線短接FUSE，繼續(xù)往后分析。2. R1電阻兩端電壓有變化：測(cè)試R1電阻值，若電阻值異常，則可能是虛焊，電阻本身斷裂。若電阻值無(wú)異常，則可能是IC內(nèi)部電阻

10、出現(xiàn)問(wèn)題。3. IC測(cè)試端電壓有變化：Vdd端與R1電阻相連。Dout、Cout端異常,則是由于IC虛焊或損壞。4. 若前面電壓都無(wú)變化，測(cè)試B-到P+間的電壓異常，則是由于保護(hù)板正極過(guò)孔不通。（二）、萬(wàn)用表紅表筆接電芯正極，激活MOS管后，黑表筆依次接MOS管2、3腳，6、7腳，P-端。1.MOS管2、3腳，6、7腳電壓有變化,則表示MOS管異常。2.若MOS管電壓無(wú)變化，P-端電壓異常，則是由于保護(hù)板負(fù)極過(guò)孔不通。二、 短路無(wú)保護(hù)：1. VM端電阻出現(xiàn)問(wèn)題：可用萬(wàn)用表一表筆接IC2腳，一表筆接與VM端電阻相連的MOS管管腳，確認(rèn)其電阻值大小?？措娮枧cIC、MOS管腳有無(wú)虛焊。2. IC、M

11、OS異常：由于過(guò)放保護(hù)與過(guò)流、短路保護(hù)共用一個(gè)MOS管，若短路異常是由于MOS出現(xiàn)問(wèn)題，則此板應(yīng)無(wú)過(guò)放保護(hù)功能。3. 以上為正常狀況下的不良，也可能出現(xiàn)IC與MOS配置不良引起的短路異常。如前期出現(xiàn)的BK-901，其型號(hào)為312D的IC內(nèi)延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致在IC作出相應(yīng)動(dòng)作控制之前MOS或其它元器件已被損壞。注：其中確定IC或MOS是否發(fā)生異常最簡(jiǎn)易、直接的方法就是對(duì)有懷疑的元器件進(jìn)行更換。三、 短路保護(hù)無(wú)自恢復(fù)：1. 設(shè)計(jì)時(shí)所用IC本來(lái)沒(méi)有自恢復(fù)功能,如G2J，G2Z等。2. 儀器設(shè)置短路恢復(fù)時(shí)間過(guò)短，或短路測(cè)試時(shí)未將負(fù)載移開(kāi)，如用萬(wàn)用表電壓檔進(jìn)行短路表筆短接后未將表筆從測(cè)試端移開(kāi)（萬(wàn)用表相

12、當(dāng)于一個(gè)幾兆的負(fù)載）。3. P+、P-間漏電，如焊盤之間存在帶雜質(zhì)的松香，帶雜質(zhì)的黃膠或P+、P-間電容被擊穿,IC Vdd到Vss間被擊穿.（阻值只有幾K到幾百K）。4. 如果以上都沒(méi)問(wèn)題，可能IC被擊穿，可測(cè)試IC各管腳之間阻值。四、 內(nèi)阻大：1. 由于MOS內(nèi)阻相對(duì)比較穩(wěn)定，出現(xiàn)內(nèi)阻大情況，首先懷疑的應(yīng)該是FUSE或PTC這些內(nèi)阻相對(duì)比較容易發(fā)生變化的元器件。2. 如果FUSE或PTC阻值正常，則視保護(hù)板結(jié)構(gòu)檢測(cè)P+、P-焊盤與元器件面之間的過(guò)孔阻值，可能過(guò)孔出現(xiàn)微斷現(xiàn)象，阻值較大。3. 如果以上多沒(méi)有問(wèn)題，就要懷疑MOS是否出現(xiàn)異常：首先確定焊接有沒(méi)有問(wèn)題；其次看板的厚度（是否容易彎折），因?yàn)閺澱蹠r(shí)可