电池保护IC参数及工作原理介绍

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电池保护,IC,参数及工作原理介绍,敖永广,2014-06-04,目 录,电池保护,ic,参数及原理介绍,1.1,简介,1.2,电池保护,IC,及参数,1.3,电池保护板电路及原理,1.4,实际产品应用,1.5,电池保产品应用调试中的一些异常问题分析,3,1.1,简介,随着科技进步与社会发展，象手机、平板、笔记本电脑、,MP3,、,MP4,播放器、,PDA,、,GPS,、掌上游戏机、数码摄像机、智能穿戴、玩具等便携式设备已越来越普及，这类产品中有许多是采用锂离子电池供电，锂电池具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等被人们广泛使用。其市场容量已经达到每月几亿只，甚至数十亿只。其安全性能也日益受到人们的广泛关注。,锂电池一般由电芯、保护板、外壳组成。在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，那就是池保护板，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害锂离子电池,1.2,常用电池保护,IC,及参数,常用电池保护,IC,1.TI,系列,BQ29700 (,单节,),、,BQ294707(2/4,节,),、,BQ771809(2/5,节,),2.,精工,(,日本,),系列,S8261X (,单节,),、,S8232 X(,双节,),3.,理光,(,日本,),系列,R5400,、,R5402,、,R5421,、,R5426(,单节,),4.,美之美,(,日本,),系列,MM3077,(,单节,),MM1414(3/4,节,),5.,富晶,(,台湾,),系列,DW01+,，,DW01-,，,FS312F,，,FS326,系列,(,单节,),、,FS3332(,双节,),6.,新德,(,台湾,),系列,CS213(,单节,),7.,中星微,(,北京,),系列,VM7021(,单节,),8.,士兰,(,杭州,),系列,SC451(,单节,),电池保护,IC,参数,锂电池保护电路主要由保护,IC,和,MOS,管构成,保护,IC,主要参数,1.,封装（常用如右图）,2.,过充电压,3.,过充释放电压,4.,过放电压,5.,过放释放电压,6.,耐压,除了控制,IC,外，电路中还有一个重要元件，就是,MOSFET,，它在电路中起着开关的作用，由于它直接串接在电池与外部负载之间，因此它的导通阻抗对电池的性能有影响，当选用的,MOSFET,较好时，其导通阻抗很小，电池包的内阻就小，带载能力也强，在放电时其消耗的电能也少。,MOSFET,主要参数,1.N,沟、,P,沟,2.,内阻,3.,封装（,TSSOP8,、,SOP8,、,SOT23-6,等）,4.,耐电流,5.,耐电压,1.3,电池保护板电路及原理,锂电池保护板根据使用,IC,电压等不同而电路及参数有所不同,保护板有两个核心部件：一块保护,IC,，它是由精确的比较器来获得可靠的保护参数；另外是,MOSFET,串在主充放电回路中担当高速开关，执行保护动作。下面以,DW01,配双,NMOS,管,8205A,进行讲解,DW01,内部框图,基于,DW01,保护板电路,锂电池保护装置的电路原理如上图所示，总体来讲主要是由电池保护控制,IC DW01,和外接放电开关,M1,以及充电开关,M2,来实现。控制,IC,负责监测电池电压与回路电流，并控制两个,MOSFET,的栅极，,MOSFET,在电路中起开关作用，当,P+/P-,端连接充电器，给电池正常充电时，,M1,，,M2,均处于导通状态；当控制,IC,检测到充电异常时，将,M2,关断终止充电。当,P+/P-,端连接负载，电池正常放电时，,M1,，,M2,均导通；当控制,IC,检测到放电异常时，将,M1,关断终止放电。,该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能。,其工作原理分析如下：,1),正常状态,在正常状态下电路中,DW01,的“,CO,”与“,DO,”脚都输出高电压，两个,MOSFET,都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于,MOSFET,的导通阻抗很小，通常小于,30,毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。,此状态下保护电路的消耗电流为,A,级,2),过充电保护,锂离子电池要求的充电方式为恒流,/,恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到,4.2V(,根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为,4.1V),，转为恒压充电，直至电流越来越小。电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过,4.2V,后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过,4.3V,时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。,在带有保护电路的电池中，当控制,IC,（,DW01,）检测到电池电压达到,4.3V,（该值由控制,IC,决定，不同的,IC,有不同的值）时，其“,CO,”脚将由高电压转变为零电压，使,M2,由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于,M2,自带的体二极管,VD2,的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制,IC,检测到电池电压超过,4.05,V,至发出关断,M2,信号之间,时,过充释放，,M2,转为打开，开始充电,3,、过放电保护,电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至,2.5V,时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏,在电池放电过程中，当控制,IC,检测到电池电压低于,2.5V,（该值由控制,IC,决定，不同的,IC,有不同的值）时，其“,DO,”脚将由高电压转变为零电压，使,M1,由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于,M1,自带的体二极管,VD1,的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。,由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制,IC,会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于,0.1A,4,、过电流保护,电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的,2,个,MOSFET,时，由于,MOSFET,的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值,U=I*RDS*2,RDS,为单个,MOSFET,导通阻抗，控制,IC,上的“,CS,”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使,U0.15V,（该值由控制,IC,决定，不同的,IC,有不同的值）时，其“,DO,”脚将由高电压转变为零电压，使,M1,由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。,在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制,IC,的控制值，还取决于,MOSFET,的导通阻抗，当,MOSFET,导通阻抗越大时，对同样的控制,IC,，其过电流保护值越,小,5,、短路保护,电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使,U1V,（该值由控制,IC,决定，不同的,IC,有不同的值）时，控制,IC,则判断为负载短路，其“,DO,”脚将迅速由高电压转变为零电压，使,M1,由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于,7,微秒。其工作原理与过电流保护类似,的脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制的导通压降剧增，脚电压迅速升高，输出信号使充放电控制迅速关断，从而实现过电流或短路保护。,1.4,实际产品应用,锂电池保护板广泛应用于手机、对讲机、便携式,DVD,、只能穿戴、,矿灯、电动玩具、,MP3/MP4,、电动工具、数码相机摄像机、笔记,本电脑、平板电脑、军用战术灯、测绘仪器电动自行车、电动滑,板车、航模、机器人、吸尘器、各种野外勘探作业设备。,目前我们公司涉及的领域主要是平板电脑。智能穿戴单节锂电池,残余电量滤波,残余时间,Cia10,电池保护板原理图,不同运用的原理图,EiA10,电池保护板原理图,Intel,平台,PMIC,关于,NTC,的应用框图,池保护板关于,NTC,的应用,Intel,平台,PMIC,关于,NTC,的应用参数,1.5,电池保产品应用调试中的一些异常问题分析,1、,无,电压,/,电压很低,1),万用表开关选择直流,20V,档位,.,2),用红表笔接触电芯正极,黑表笔接触,电芯的负极,如万用表显示无电压或,电压很低,证明电芯为不良品，可能,电芯内部微短路。,3,）保护板正负极有无接反。仪器在给,电池充电时相当于强制过放。,4,）镍片是否脱落。,1、,不充电,1),万用表开关选择直流,20V,档位,.,2),用红表笔接触电芯正极或保护板,P+,黑,表笔接触保护板,P-,万用表显示输出电,压应等于电池电压,测试有两种情况,:,a,、输出无电压：,电芯电压是否正常。,保护,IC,的供电脚,电压,是否正常,如无电压,检查电压采样电阻是否脱落。,保护,IC,或,MOS,管损坏。,1、,无内阻或内阻大,a,、,无内阻,：,检查,MOS,管的引脚有无焊接不,良。,更换,MOS,管,。,b,、内阻大：,探针是否接触不良或氧化。,检测电芯的内阻是否超出标准,保护板内阻是否超出标准。,谢谢,!,