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3.7V鋰電池保護板 單節鋰電池保護電路原理解析

鉅大LARGE  |  點擊量:7554次  |  2018年05月09日  

摘要
單節鋰電池充放電保護電路的具體組成方案較多,但工作原理相差不大,下面以在手機中用得較多的一種電路為例進行分析,供參考。

  1.單節鋰電池保護電路

  單節鋰電池充放電保護電路的具體組成方案較多,但工作原理相差不大,下面以在手機中用得較多的一種電路為例進行分析,供參考。

  該電路的控制芯片為DW01(或312F),MOS開關管為8205A,如圖6所示,B+、B-分別是接電芯的正、負極;P+、P-分別是保護板輸出的正、負極;T為溫度電阻(NTC)端口,一般需要與用電器的CPU配合才能進行保護控制。

  DWO1或312F是一款鋰電池保護芯片,內置有高精確度的電壓檢測與時間延遲電路,主要參數如下:過充檢測電壓為3V,過充釋放電壓為4.05V;過放檢測電壓為2.5V,過放釋放電壓為3.0V;過流檢測電壓為5V,短路電流檢測電壓為1.0V;DW01允許電池輸出的最大電流是3.3A。該芯片的引腳功能見表1。

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 ?。?)正常工作

  該保護板的電路如圖7所示,當電芯電壓在2.5V~4.3V之間時,DW01的①、③腳均輸出高電平(等于供電電壓),②腳電壓為0V。此時8205A內的兩只N溝道場效應管Q1、Q2均處于導通狀態,由于8205A的導通電阻很小,相當于D、S極間直通,此時電芯的負極與保護電路的P-端相當于直接連通,保護電路有電壓輸出,其電流回路如下:B+→P+→負載。P-→8205A的②、③腳→8205A的①腳→8205A的⑧腳→8205A的⑥、⑦腳→B-。

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  3.7v鋰電池保護板原理圖

  【提示】在此電路中,8205A內部場效應管Q1、Q2可等效為兩只開關,當Q1或Q2的G極電壓大于1V時,開關管導通,D、S間內阻很?。〝凳翚W姆),相當于開關閉合;當G極電壓小于0.7V時,開關管截止,D、S極間的導通內阻很大(幾兆歐姆),相當于開關斷開。

 ?。?)過放電保護

  當電芯通過外接的負載進行放電時,電芯兩端的電壓將慢慢降低,同時DW01內部將通過電阻R1實時監測電芯電壓,當電芯電壓下降到2.3V(通常稱為過放保護電壓)時,DWO1認為電芯已處于過放電狀態,其①腳電壓變為0,8205A內Q1截止,此時電芯的B-與-之間處于斷開狀態,即電芯的放電回路被切斷,電芯將停止放電。

  進入過放電保護狀態后,電芯電壓會上升,若能上升到IC的門限電壓(一般為3.1V,通常稱為過放保護恢復電壓),DW0的①腳恢復輸出高電平,8205A內的Q1再次導通。

 ?。?)電池充電

  無論保護電路是否進入過放電狀態,只要給保護電路的P+與P-端間加上充電電壓,DW0經B一端檢測到充電電壓后,便立即從③腳輸出高電平,8205A內的Q2導通,即電芯的B-保護電路的P-通,充電器對電芯充電,其電流回路如下:充電器正極→p+→B+→B-、8205A的⑥、⑦腳→8205A的⑧腳→8205A的①腳→8205A的②、③腳→P-→充電器負極。

 ?。?)過充電保護

  充電時,當電池通過充電器正常充電時,隨著充電時間的增加,電芯兩端的電壓將逐漸升高,當電芯電壓升高到4.4V(通常稱為過充保護電壓)時,DW01將判斷電芯已處于過充電狀態,便立即使③腳電壓降為0V,8205A內的Q2因④腳為低電平而截止,此時電芯的B一極與保護電路的P-端之間處于斷開狀態并保持,即電芯的充電回路被切斷,停止充電。

  當保護電路的P+與P-端接上放電負載后,雖然Q2截止,但其內部的二極管正方向與放電回路的電流方向相同,所以仍可對負載放電。當電芯兩端電壓低于4.3V(通常稱為過充保護恢復電壓)時,DW01將退出過充電保護狀態,③腳重新輸出高電平,Q2導通,即電芯的B-端與保護電路P-端又重新接上,電芯又能進行正常的充放電。

 ?。?)過流保護

  由于MOs開關管飽和導通時也存在內阻,所以有電流流過時MOs開關管的D、S極間就會產生壓降,保護控制IC會實時檢測MOs開關管D、S極的電壓,當電壓升到IC保護門限值(一般為0.15V,稱為放電過流檢測電壓)時,其放電保護執行端馬上輸出低電平,放電控制MOs開關管關斷,放電回路被斷開。

  在圖7中,DW01通過接在V-端和VSS端之間的電阻R2實時檢測MOs開關管上的壓降。當負載電流增大時,Q1或Q2上的壓降也必然增大,當該壓降達到0.2V時,DWO1便判斷負載電流到達了極限值,于是其①腳電壓降為0V,8205A內部的放電控制管Q1關閉,切斷電芯的放電回路。實現過電流保護。

 ?。?)過溫保護

  保護板上的T端口為過溫保護端,與用電器的CPU相連。常見的過溫保護電路較簡單,就是在T端與P-端接一只NTC電阻(見圖7中的R4),該電阻緊貼電芯安裝。當用電器長時間處于大功率工作狀態時(如手機長時間處于通話狀態),電芯溫度會上升,則NTC阻值會逐漸下降,用電器的CPU對NTC阻值進行檢測,當阻值下降到CPU設定閾值時,CPU立即發出關機指令,讓電池停止對其供電,只維持很小的待機電流,從而達到保護電池的目的。

  【提示】當保護板處于保護狀態時,可以短接B-、P-端來激活保護板,這時控制芯片的充、放電保護執行端(OC、OD)均會輸出高電平,讓MOs開關管導通。

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