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貼片保險絲在單節鋰離子電池上的應用

鉅大LARGE  |  點擊量:144次  |  2020年06月05日  

摘要
如今,手機、數碼相機(攝像機)、PDA、MP3/4…越來越多的產品采用鋰電池作為系統電路供電的電源。對電源的要求注...
如今,手機、數碼相機(攝像機)、pDA、Mp3/4…越來越多的產品采用鋰離子電池作為系統電路供電的電源。對電源的要求重視鋰離子電池體積要小,能量密度要高,并且無記憶效應,還可循環多次使用等優點。然而鋰離子電池爆炸事故近來也時有發生。2009.1.30廣州越秀區東華南路聯想電腦專賣店內發生一起手機鋰離子電池爆炸事件,店內一名年輕男子頸部大動脈破裂,當場死亡。所以關于鋰離子電池的安全性也越來越引起人們的重視。鋰離子電池保護板選擇合適的貼片保險絲也就顯得非常重要了。一.單節鋰離子電池的組成鋰離子電池重要由電芯和電池保護板組成(如圖2)鋰離子電池保護板重要功能:(1)過度充電保護,(2)過度放電保護,(3)過電流/短路保護鋰離子電池保護板重要元器件:1,保護IC2,MOSFET3,SMDFUSE


二.單節鋰離子電池保護板上保險絲的選擇1,封裝:根據客戶的線路板決定試用尺寸,一般用1206/0603尺寸。2,額定電壓:24V以上3,額定電流:一般采用5A(要考慮到保險絲在鋰離子電池保護板上是2次保護,所以要考慮到保護IC的保護延遲時間來確定保險絲的熔斷時間)4,冷電阻:15mΩ以下5,安規要求:UL認證6,符合RoHS要求和Halogen-Free要求下面舉2個例子來說明保險絲的選擇。舉例1:某單節鋰離子電池保護板電路圖如圖3,保護IC采用SII(精工)S8261ACJ,基本參數如圖4.采用的MOS管為BF9028DNJ/BF9028DNJ-A,部分參數如圖5.


A:保護電路工作正常。保護IC過電流保護原理:電流當放電電流過大或短路情況發生時,保護IC將激活過(短路)電流保護,此時過電流的檢測是將powerMOS的Rds(on)當成感應阻抗用以監測其電壓的下降情形,若比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電。根據公式‘V-(過電流檢測電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2’可以算出放電電流達到多少保護IC開始進行保護用途。1:短路保護情況:當過電流檢測電壓0.9V,MOS管內阻取最大值時候,可以檢測過電流將為最小值。算出此時過電流值為15A,此時保護IC保護延遲時間320us;當過電流檢測電壓1.5V,MOS管內阻取最小值時候,可以檢測過電流將為最大值。算出此時過電流值為46.875A,此時保護IC保護延遲時間380us。結論1:需求保險絲在46.875A時候熔斷時間要大于380us,才能保證短路保護情況下保險絲不會先于保護IC熔斷。B:保護電路工作異常。


此時保護IC對短路不能起到保護用途,當負載出現短路時候要保險絲快速熔斷??紤]因素如下:電芯電壓:3.8~4.2V電芯內阻:150mΩ保護板內阻:MOS管內阻+保險絲內阻(15mΩ)+pCB板內阻(10mΩ)短路負載內阻:0~100mΩ要考慮保險絲的快速熔斷,所以就考慮短路電流的最小值,可以算出短路電流最小值11A。結論2:此要求保險絲在11A電流情況下快速熔斷。綜合A,B兩種情況,此保護板上選用SARTS0603-F-5.0A可以滿足要求。舉例2:某鋰離子電池保護板上采用保護IC為MM3177,MOSFET為AO8810A:我們也可以用示波器測試其保護IC的短路保護延遲時間。短路情況:多次短路測試發現保護IC(MM3177)能很好的起到短路保護用途,短路延遲時間11.4ms。短路其短路電流情況如圖7(多次測試發現每次短路延遲時間變化微小,取其中較大的一次),此時測試到短路電流為16.4A。


根據測試情況,此款電池保護板采用的保護IC(MM3177)在做輸出短路保護時候有一個保護延遲時間,從測試來看短路電流在15A~20A時候,MM3177的短路保護延遲時間為10ms~13ms。(1)測試S0603-B-5.0A保險絲在20A熔斷時間如下表


(2)從測試數據來看S0603-B-5.0A在20A先熔斷時間大于保護ICMM3177同電流情況下保護延遲時間(11ms~13ms)。(3)此電池保護板(采用MM3177)上采用S0603-B-5.0A保險絲,能更好的起到保護用途。從實例1,2可以看出,單節鋰離子電池上選擇保險絲要考慮到保護IC的短路保護時間。


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