電池保護(hù)IC參數(shù)及工作原理介紹

1、電池保護(hù)IC參數(shù)及工作原理介紹敖永廣2014-06-04目目 錄錄 電池保護(hù)電池保護(hù)ic ic參數(shù)及原理介紹參數(shù)及原理介紹1.1 簡(jiǎn)介1.2 電池保護(hù)IC及參數(shù)1.3 電池保護(hù)板電路及原理1.4 實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用1.5 電池保產(chǎn)品應(yīng)用調(diào)試中的一些異常問(wèn)題分析31.1 1.1 簡(jiǎn)介 隨著科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展，象手機(jī)、平板 、筆記本電腦、 MP3、MP4播放器、PDA、 GPS、掌上游戲機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、智能穿戴、玩具等便攜式設(shè)備已越來(lái)越普及，這類產(chǎn)品中有許多是采用鋰離子電池供電，鋰電池具有放電電流大、內(nèi)阻低、壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)等被人們廣泛使用。其市場(chǎng)容量已經(jīng)達(dá)到每月幾億只，甚至數(shù)十億只。其安全性能也日益

2、受到人們的廣泛關(guān)注。 鋰電池一般由電芯、保護(hù)板、外殼組成。在正常使用過(guò)程中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對(duì)其過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng),該副反應(yīng)加劇后，會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問(wèn)題，因此所有的鋰離子電池都需要一個(gè)保護(hù)電路，那就是池保護(hù)板，用于對(duì)電池的充、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害鋰離子電池1.2 1.2 常用電池保護(hù)IC及參數(shù)常用電池保護(hù)常用電池保護(hù)IC IC 1. TI系列 BQ29700 (單節(jié)) 、 BQ294707

3、(2/4節(jié)) 、BQ771809 (2/5節(jié)) 2. 精工(日本)系列 S8261X (單節(jié)) 、S8232 X (雙節(jié)) 3. 理光(日本)系列 R5400、R5402、R5421、R5426 (單節(jié)) 4. 美之美(日本)系列 MM3077 (單節(jié)) ,MM1414 (3/4節(jié)) 5. 富晶(臺(tái)灣)系列 DW01+，DW01-，F(xiàn)S312F，F(xiàn)S326系列(單節(jié)) 、FS3332 (雙節(jié)) 6. 新德(臺(tái)灣)系列 CS213 (單節(jié)) 7. 中星微(北京)系列 VM7021 (單節(jié)) 8. 士蘭(杭州)系列 SC451 (單節(jié)) 電池保護(hù)電池保護(hù)IC IC 參數(shù)參數(shù)鋰電池保護(hù)電路主要由保護(hù)

4、IC和MOS管構(gòu)成保護(hù)IC主要參數(shù)1. 封裝（常用如右圖）2. 過(guò)充電壓3. 過(guò)充釋放電壓4. 過(guò)放電壓5. 過(guò)放釋放電壓6. 耐壓 除了控制IC外，電路中還有一個(gè)重要元件，就是MOSFET，它在電路中起著開(kāi)關(guān)的作用，由于它直接串接在電池與外部負(fù)載之間，因此它的導(dǎo)通阻抗對(duì)電池的性能有影響，當(dāng)選用的MOSFET較好時(shí)，其導(dǎo)通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強(qiáng)，在放電時(shí)其消耗的電能也少。MOSFET主要參數(shù)1. N溝、P溝2. 內(nèi)阻3. 封裝（TSSOP8 、SOP8、SOT23-6等）4. 耐電流5. 耐電壓1.3 1.3 電池保護(hù)板電路及原理 鋰電池保護(hù)板根據(jù)使用IC,電壓等不同而電路及

5、參數(shù)有所不同,保護(hù)板有兩個(gè)核心部件：一塊保護(hù)IC，它是由精確的比較器來(lái)獲得可靠的保護(hù)參數(shù)；另外是MOSFET串在主充放電回路中擔(dān)當(dāng)高速開(kāi)關(guān)，執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。下面以DW01 配雙NMOS管8205A進(jìn)行講解DW01內(nèi)部框圖基于DW01保護(hù)板電路 鋰電池保護(hù)裝置的電路原理如上圖所示，總體來(lái)講主要是由電池保護(hù)控制IC DW01和外接放電開(kāi)關(guān)M1以及充電開(kāi)關(guān)M2來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂艻C負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池電壓與回路電流，并控制兩個(gè)MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開(kāi)關(guān)作用，當(dāng)P+/P-端連接充電器，給電池正常充電時(shí)，M1，M2均處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)控制IC檢測(cè)到充電異常時(shí)，將M2關(guān)斷終止充電。當(dāng)P+/P-端連接負(fù)載

6、，電池正常放電時(shí)，M1，M2均導(dǎo)通；當(dāng)控制IC檢測(cè)到放電異常時(shí)，將M1關(guān)斷終止放電。該電路具有過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)與短路保護(hù)功能。其工作原理分析如下：1) 正常狀態(tài)在正常狀態(tài)下電路中DW01的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。 此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為A級(jí)2) 過(guò)充電保護(hù) 鋰離子電池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(guò)程，電壓會(huì)上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉(zhuǎn)為恒壓充電

7、，直至電流越來(lái)越小。電池在被充電過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過(guò)4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過(guò)4.3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。 在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制IC （DW01）檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.3V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使M2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無(wú)法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于M2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過(guò)該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制IC檢測(cè)到電池電壓超過(guò)4.05 V至發(fā)出關(guān)

8、斷M2信號(hào)之間時(shí)過(guò)充釋放，M2轉(zhuǎn)為打開(kāi)，開(kāi)始充電3、過(guò)放電保護(hù) 電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電過(guò)程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞 在電池放電過(guò)程中，當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于2.5V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筂1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于M1自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。由于在過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極

9、小，此時(shí)控制IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0.1A 4、過(guò)電流保護(hù) 電池在對(duì)負(fù)載正常放電過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)MOSFET時(shí)，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“CS”腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測(cè)，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U0.15V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使M1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過(guò)電流保護(hù)作用。 在上述控制過(guò)程中可知，其過(guò)電流檢測(cè)值大小不僅取決于控制I

10、C的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對(duì)同樣的控制IC，其過(guò)電流保護(hù)值越小5、短路保護(hù) 電池在對(duì)負(fù)載放電過(guò)程中，若回路電流大到使U1V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，控制IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使M1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類似 的腳為電流檢測(cè)腳，輸出短路時(shí)，充放電控制的導(dǎo)通壓降劇增，腳電壓迅速升高，輸出信號(hào)使充放電控制迅速關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)電流或短路保護(hù)。 1.4 1.4 實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用 鋰電池保護(hù)板廣泛應(yīng)用于手機(jī)、對(duì)

11、講機(jī)、便攜式DVD、只能穿戴、礦燈、電動(dòng)玩具、MP3/MP4 、電動(dòng)工具、數(shù)碼相機(jī)攝像機(jī)、筆記本電腦、平板電腦、軍用戰(zhàn)術(shù)燈、測(cè)繪儀器電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)滑板車(chē)、航模、機(jī)器人、吸塵器、各種野外勘探作業(yè)設(shè)備。目前我們公司涉及的領(lǐng)域主要是平板電腦。智能穿戴單節(jié)鋰電池殘余電量濾波殘余時(shí)間Cia10 Cia10 電池保護(hù)板原理圖電池保護(hù)板原理圖不同運(yùn)用的原理圖不同運(yùn)用的原理圖EiA10 EiA10 電池保護(hù)板原理圖電池保護(hù)板原理圖Intel平臺(tái)PMIC關(guān)于NTC的應(yīng)用框圖池保護(hù)板關(guān)于NTC的應(yīng)用Intel平臺(tái)PMIC關(guān)于NTC的應(yīng)用參數(shù)1.51.5電池保產(chǎn)品應(yīng)用調(diào)試中的一些異常問(wèn)題分析1、無(wú)電壓/電壓很低 1)萬(wàn)用表開(kāi)關(guān)選擇直流20V檔位. 2)用紅表筆接觸電芯正極,黑表筆接觸 電芯的負(fù)極,如萬(wàn)用表顯示無(wú)電壓或 電壓很低,證明電芯為不良品，可能 電芯內(nèi)部微短路。 3）保護(hù)板正負(fù)極有無(wú)接反。儀器在給 電池充電時(shí)相當(dāng)于強(qiáng)制過(guò)放。 4）鎳片是否脫落。1、不充電 1)萬(wàn)用表開(kāi)關(guān)選擇直流20V檔位. 2)用紅表筆接觸電芯正極或保護(hù)板P+,黑 表筆接觸保護(hù)板P-,萬(wàn)用表顯示輸出電