保護(hù)電路介紹(基礎(chǔ))

概要保護(hù)電路基本構(gòu)成各元器件簡要介紹保護(hù)電路工作原理保護(hù)電路的附加功能保護(hù)電路的最新發(fā)展保護(hù)電路基本構(gòu)成一、控制電路二、控制開關(guān)三、保護(hù)器保護(hù)電路使用的元件有：保護(hù)IC、場效應(yīng)管（MOSFET）、貼片電阻、貼片電容、熱敏電阻、識(shí)別電阻（或識(shí)別IC)、保險(xiǎn)絲、PTC等。

另外：部分保護(hù)電路還有溫度保護(hù)、識(shí)別功能。元器件簡要介紹元器件功能保護(hù)IC檢測保護(hù)電路當(dāng)前電池的電壓、電流、時(shí)間等參數(shù)以此來控制場效應(yīng)管的開關(guān)狀態(tài)場效應(yīng)管起開關(guān)作用貼片電阻限流貼片電容濾波、調(diào)節(jié)延遲時(shí)間熱敏電阻檢測電池塊內(nèi)的環(huán)境溫度保險(xiǎn)絲防止流過電池的電流過大，切斷電流回路PTC流過電流過大時(shí)自身阻抗增加，控制回路電流元器件簡要介紹---貼片電阻基本參數(shù)有：封裝尺寸、額定功率、阻值、允許偏差等。1、封裝：表示電阻的尺寸大小，有兩種表示方法

（1）EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)）代碼：以英寸為單位，用4位數(shù)字表示長和寬，前2位表示長、后2位表示寬；（2）米制代碼：以毫米為單位，也是用4位數(shù)字表示長和寬；

2、功率：表示通過電流的能力，P=I2*R。下表為7種電阻尺寸代碼及功率EIA代碼0402060308051206121020102512米制代碼1005160820123216322550256432長、寬1.0X0.51.6X0.82.0X1.253.2X1.63.2X2.55.0X2.56.3X3.15高0.30.450.50.550.550.550.55額定功率1/161/161/101/81/41/21元器件簡要介紹---貼片電阻

3、阻值：貼片電阻表面上用三位數(shù)字表示阻值其中第一、二位為有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示倍率—即有效數(shù)字*10n，有小數(shù)點(diǎn)時(shí)用“R”來表示，并占一位有效位數(shù)字如：102表示10×102=1KΩ；

511表示51×101=510Ω；2R2表示2.2Ω；

4、允許偏差：B檔表示±0.1﹪；D檔表示±0.5﹪；F檔表示±1﹪；J檔表示±5﹪；K檔表示±10﹪；M檔表示±20﹪。元器件簡要介紹---貼片電容基本參數(shù)：封裝尺寸、耐壓、容值、允許偏差、材質(zhì)、阻抗等1、封裝尺寸：其尺寸代碼與貼片電阻相同。2、耐壓：不同容值、不同封裝、不同偏差的電容廠家能做到的耐壓值也不相同。一般容值越低，耐壓值越高；封裝尺寸越大耐壓值也越高；偏差越大耐壓值越高。3、容值：容值表示方法與電阻類似如：104表示10×104pF=100000pF=0.1uF，2R2表示2.2pF；

注：容值單位是pF，其中1pF=10-3nF

=10-6uF=10-12F

4、允許偏差：允許偏差表示方法也與電阻類似F檔表示±1﹪；J檔表示±5﹪；K檔表示±10﹪；M檔表示±20﹪；N檔表示±30﹪；Z檔表示+80,-20﹪。

5、材質(zhì)：COG(NPO)容值精度為5﹪；X5R(X7R)容值精度為10﹪；Y5V容值精度為20﹪；Z5U容值精度為+80,-20﹪；元器件簡要介紹---熱敏電阻有PTC(POSITIVETEMPERATURECOEFFICENT)正溫度系數(shù)，如過流保護(hù)器；NTC(NEGATIVETEMPERATURECOEFFICENT)負(fù)溫度系數(shù)兩種?！颪TC基本參數(shù)有封裝尺寸、阻值、允許偏差，B常數(shù)、B值偏差等。

NTC阻值隨溫度呈非線性變化，NTC熱敏電阻的阻值隨溫度的變化函數(shù)如下式：R25C是熱敏電阻在室溫下的阻值，β是熱敏電阻材料的開爾文(Kelvins)常數(shù)，T是熱敏電阻的實(shí)際攝氏溫度。

元器件簡要介紹---保險(xiǎn)絲

基本參數(shù)有封裝尺寸、電流與熔斷時(shí)間、內(nèi)阻等。1、封裝尺寸：與貼片電阻表示方法相同。2、電流與熔斷時(shí)間：電流越大，熔斷時(shí)間越短，以力特434系列為例，廠家建議設(shè)計(jì)為正常工作電流=3/4額定電流：

3、內(nèi)阻：遠(yuǎn)低于過流保護(hù)器，一般為10mΩ左右。

元器件簡要介紹---場效應(yīng)管一、概述：場效應(yīng)管是電壓控制器件，縮寫為FET，可通過改變輸入電壓來改變輸入電流。二、類型：有N溝道與P溝道兩種N溝道：高電平控制

P溝道：低電平控制三、基本參數(shù)：耐壓：VDSS

、VGSS耐流：ID(DC)、ID(pulse)內(nèi)阻：RDS(on）封裝：SO-8、TSSOP-8

6IPHWSON、ECH8元器件簡要介紹---場效應(yīng)管說明：1、場效應(yīng)管與三極管的區(qū)別：場效應(yīng)管：電壓控制器件，內(nèi)阻小，耗電小，電流可雙向流動(dòng)三極管：電流控制器件，內(nèi)阻較大，耗電很大，電流不可雙向流動(dòng)。2、N溝道場效應(yīng)管與P溝道場效應(yīng)管相比：N溝道高電平導(dǎo)通，內(nèi)阻較小，價(jià)格較低；P溝道低電平導(dǎo)通，內(nèi)阻較大，價(jià)格較高。3、內(nèi)阻：指場效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)不同電壓、電流下D、S間的內(nèi)阻，電壓越高時(shí)，內(nèi)阻越低；電流越大，內(nèi)阻越高。4、保護(hù)電路中，單雙節(jié)保護(hù)電路用N溝道場效應(yīng)管，多節(jié)用P溝道。5、目前常用N溝道場效應(yīng)管：

FW232、uPA1870、FDW2509NZuPA2450、uPA2452、ECH8601

例如：uPA1870基本參數(shù)為內(nèi)部

VDSS=20V,VGSS=±12V,結(jié)構(gòu)圖

ID(DC)=±6A、

ID(pulse)=±80A

RDS(on）=13-21mΩ

(VGSS=4V,ID=3A)元器件簡要介紹---保護(hù)IC

一、概述:保護(hù)IC分單節(jié)保護(hù)IC與多節(jié)（串聯(lián)）用保護(hù)IC，基本功能：過充保護(hù)、過放保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)等；基本參數(shù)：過充電保護(hù)（釋放）電壓、過放電保護(hù)（釋放）電壓、過充（放、流）保護(hù)延時(shí)等。二、單節(jié)保護(hù)IC

1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)(理光R5421N系列)：管腳說明：序號(hào)類型功能1DOUT過放電控制輸出端2V-過電流控制輸入端3COUT過充電控制輸出端4Ct延時(shí)控制輸入端5VDD電源正極6VSS地元器件簡要介紹---保護(hù)IC2、基本參數(shù)：略3、封裝（尺寸）：

SOT-23-6SON6SOT-23-5SON5注：有些保護(hù)IC延遲電容是內(nèi)置的，如精工(Seiko)S-8241、S-8261系列，

理光(RICOH)R5426N系列。元器件簡要介紹---保護(hù)IC三、多節(jié)保護(hù)IC1、2節(jié)保護(hù)IC：S-8232、MM1292等；2、3節(jié)保護(hù)IC：S-8233、MM1414等；

3、4節(jié)保護(hù)IC：MM1294、MM1414等；

封裝：TSSOP-8、SOP-8、SOP-14、

TSSOP-16、TSSOP-20單節(jié)保護(hù)電路工作原理一、應(yīng)用電路單節(jié)保護(hù)電路工作原理二、工作狀態(tài)說明

1、正常狀態(tài)：IC的電源電壓介于過放電保護(hù)電壓VDET2和過充電保護(hù)電壓VDET1之間，DOUT端和COUT端的輸出皆為高電平，充、放電MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池充放電都可進(jìn)行；

2、過充電狀態(tài)：充電時(shí)，若電池電壓升高使VDD≥VDET1，則經(jīng)過tVDET1的延遲后，COUT端變成低電平，將充電控制MOSFET關(guān)斷，停止充電；

3、過充電保護(hù)解除條件：當(dāng)VDD降低至過充解除電壓VREL1以下（不接負(fù)載）或VDD降低至過充電關(guān)斷電壓VCO以下（加上負(fù)載），即可恢復(fù)到可充電狀態(tài)；

4、過放電狀態(tài)：當(dāng)電池放電至電壓等于或低于VDET2，并經(jīng)過tVDET2的延遲后，DOUT端變成低電平，控制放電控制MOSFET關(guān)斷，停止電池向負(fù)載放電。充電電流仍可通過二極管流通。此后，如果電池電壓升高至過放電保護(hù)解除電壓VREL2，則DOUT端又變成高電平，使電池可放電狀態(tài)得以恢復(fù)。

單節(jié)保護(hù)電路工作原理5、過流保護(hù)：在放電時(shí)，因負(fù)載變化會(huì)導(dǎo)致放電電流變化，放電電流增大時(shí)

V-的電壓會(huì)升高，當(dāng)V-≥VDET3，并且經(jīng)過tVDET3的延遲后，DOUT端的輸出變?yōu)榈碗娖?，關(guān)斷放電回路。解除過流狀態(tài)后，使V-<VDET3電路恢復(fù)正常。6、短路保護(hù)：短路保護(hù)與過流保護(hù)相似，不同的是tSHORT遠(yuǎn)小于tVDET3，VSHORT

遠(yuǎn)大于VDET3。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)V-迅速增大，當(dāng)V->VSHORT且經(jīng)過tSHORT后，DOUT端輸出變?yōu)榈碗娖?，關(guān)斷放電回路。排除過流狀態(tài)后，使V-<VDET3電路恢復(fù)正常。短路峰值電流取決于充放電MOSFET導(dǎo)通電阻和PCB布線電阻及VSHORT。注：VDET1—過充電檢測電壓，VDET2—過放電檢測電壓，VDET3—過電流檢測電壓，

tVDET1--過充電檢測延遲，tVDET2--過放電檢測延遲，tVDET2--過電流檢測延遲，

V--保護(hù)IC的V-腳對(duì)VSS腳的壓降，VSHORT-短路保護(hù)檢測電壓，tSHORT-短路保護(hù)檢測延遲；

單節(jié)保護(hù)電路工作原理三、兩參數(shù)確定

1、過充電保護(hù)延時(shí)(外置電容)：計(jì)算公式為：tVdet1[sec]=(C3[F]*(VDD[V]-0.7))/(0.48X10-6)

VDD--保護(hù)IC的過充電檢測電壓值。簡便計(jì)算：延時(shí)時(shí)間=C3(UF)/0.01UF*77ms

如：C3容值為0.22UF,則延時(shí)值為0.22/0.01X77=1694ms。注：嚴(yán)格計(jì)算還要考慮電容容值的偏差?！锿庵秒娙菅訒r(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：過充電檢測延時(shí)時(shí)間可以調(diào)整，適用于對(duì)延時(shí)有特殊要求且一般內(nèi)置延時(shí)的IC又不能達(dá)到要求的電路；缺點(diǎn)：元件數(shù)量多，成本增加，故障率提高。單節(jié)保護(hù)電路工作原理2、過電流值的計(jì)算：

依據(jù)公式I=U/RU--保護(hù)IC的過電流檢測電壓值(定值)；R--保護(hù)電路中從B-~P-間的內(nèi)阻值，具體來間說指的是保護(hù)IC的第6腳與R2外接P-處的內(nèi)阻（大電流回路中MOSFET與PCB布線內(nèi)阻之和）。例如：一個(gè)保護(hù)電路中保護(hù)IC檢驗(yàn)電壓為0.20V,R為40mΩ（MOS管內(nèi)阻以3.8V左右計(jì)），則過電流檢測電壓值0.20V/40mΩ=5A注:實(shí)際應(yīng)用中需考慮MOS管的內(nèi)阻會(huì)隨ID變化而變化.單節(jié)保護(hù)電路工作原理四、失效模式分析

1、R1短路：(1)IC還能正常工作；

(2)當(dāng)MOS管漏流較大時(shí)，流過IC電流增大而損壞IC。

R1開路：IC不工作，保護(hù)電路失效。

2、C1短路：(1)VDD=VSS，IC不工作，保護(hù)電路失效；