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鋰電保護電路講解

 高手們幫忙分析下這個電路的充放電回路是怎么樣的,怎么工作的?怎么充放電和保護?

 

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2010-07-12 22:16

圖片不太清楚,大體意思說一下吧:

充、放電:是通過VD1/V2、VD2/V1來實現(xiàn)的,芯片控制兩個MOS的導(dǎo)通

保護:通過監(jiān)測pin來實現(xiàn)的,一個電壓檢測一個電流檢測

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295438496
LV.1
3
2010-07-13 09:46
@willian1981
圖片不太清楚,大體意思說一下吧:充、放電:是通過VD1/V2、VD2/V1來實現(xiàn)的,芯片控制兩個MOS的導(dǎo)通保護:通過監(jiān)測pin來實現(xiàn)的,一個電壓檢測一個電流檢測
經(jīng)過R1.C1組成RC濾波給IC一個精準的取樣的電壓,電路的過充,過放是取IC第5腳的電壓來判定,4腳是過充.過放延遲,6腳和2腳是控制過流-取V1.V2的壓降的電壓來判定,當5腳電壓達到過充電壓時,IC 2腳輸出低電壓 V2 關(guān)閉切斷充電回路——過充保護,過放也一樣控制
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qdwgz
LV.2
4
2010-09-01 11:40

轉(zhuǎn)載:

該保護回路由兩個MOSFETV1、V2)和一個控制ICN1)外加一些阻容元件構(gòu)成??刂?/span>IC負責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流,并控制兩個MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關(guān)作用,分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷,C3為延時電容,該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能,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N1“CO”“DO”腳都輸出高電壓,兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài),電池可以自由地進行充電和放電,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。
此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μA級,通常小于7μA

    2
、過充電保護

   
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,隨著充電過程,電壓會上升到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,直至電流越來越小。

   
電池在被充電過程中,如果充電器電路失去控制,會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電,此時電池電壓仍會繼續(xù)上升,當電池電壓被充電至超過4.3V時,電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇,會導(dǎo)致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。

   
在帶有保護電路的電池中,當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海?/span>V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了充電回路,使充電器無法再對電池進行充電,起到過充電保護作用。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在,電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間,還有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設(shè)為1秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。

   3
、過放電保護

   
電池在對外部負載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當電池電壓降至2.5V時,其容量已被完全放光,此時如果讓電池繼續(xù)對負載放電,將造成電池的永久性損壞。

   
在電池放電過程中,當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海?/span>V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使電池?zé)o法再對負載進行放電,起到過放電保護作用。而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在,充電器可以通過該二極管對電池進行充電。

   
由于在過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低,因此要求保護電路的消耗電流極小,此時控制IC會進入低功耗狀態(tài),整個保護電路耗電會小于0.1μA

   
在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設(shè)為100毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。

   4
、過電流保護

   
由于鋰離子電池的化學(xué)特性,電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2CC=電池容量/小時),當電池超過2C電流放電時,將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。

   
電池在對負載正常放電過程中,放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2MOSFET時,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,會在其兩端產(chǎn)生一個電壓,該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗,控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測,若負載因某種原因?qū)е庐惓?,使回路電流增大,當回路電流大到?/span>U>0.1V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,?/span>V1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,起到過電流保護作用。

   
在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常為13毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。

   
在上述控制過程中可知,其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值,還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,當MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時,對同樣的控制IC,其過電流保護值越小。

    5
、短路保護

   
電池在對負載放電過程中,若回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,控制IC則判斷為負載短路,其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,?/span>V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短,通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似,只是判斷方法不同,保護延時時間也不一樣。

   
以上詳細闡述了單節(jié)鋰離子電池保護電路的工作原理,上面電路中所用的控制IC為日*本理光公司的R5421系列,在實際的電池保護電路中,還有許多其它類型的控制IC,如日*本精工的S-8241系列、日*MITSUMIMM3061系列、臺*灣富晶的FS312FS313系列、臺*灣類比科技的AAT8632系列等等,其工作原理大同小異,只是在具體參數(shù)上有所差別,有些控制IC為了節(jié)省外圍電路,將濾波電容和延時電容做到了芯片內(nèi)部,其外圍電路可以很少,如日*本精工的S-8241系列。

   
除了控制IC外,電路中還有一個重要元件,就是MOSFET,它在電路中起著開關(guān)的作用,由于它直接串接在電池與外部負載之間,因此它的導(dǎo)通阻抗對電池的性能有影響,當選用的MOSFET較好時,其導(dǎo)通阻抗很小,電池包的內(nèi)阻就小,帶載能力也強,在放電時其消耗的電能也少。

   
隨著科技的發(fā)展,手機的體積越做越小,而隨著這種趨勢,對鋰離子電池的保護電路體積的要求也越來越小,在這兩年已出現(xiàn)了將控制ICMOSFET整合成一顆保護IC的產(chǎn)品,如DIALOG公司的DA7112系列,有的廠家甚至將整個保護電路封裝成一顆小尺寸的IC,如MITSUMI公司的產(chǎn)品。

   
手機的鋰離子電池在損壞后,有些是保護電路出故障(尤其是進水機的電池),因此有些鋰電可以拆開來修復(fù),既環(huán)保又不浪費。

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lz1006
LV.4
5
2010-09-04 10:51
@qdwgz
轉(zhuǎn)載:該保護回路由兩個MOSFET(V1、V2)和一個控制IC(N1)外加一些阻容元件構(gòu)成??刂艻C負責(zé)監(jiān)測電池電壓與回路電流,并控制兩個MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關(guān)作用,分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷,C3為延時電容,該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能,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N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓,兩個MOSFET都處于導(dǎo)通狀態(tài),電池可以自由地進行充電和放電,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小,通常小于30毫歐,因此其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μA級,通常小于7μA。  2、過充電保護  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,隨著充電過程,電壓會上升到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,直至電流越來越小。  電池在被充電過程中,如果充電器電路失去控制,會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電,此時電池電壓仍會繼續(xù)上升,當電池電壓被充電至超過4.3V時,電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇,會導(dǎo)致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。  在帶有保護電路的電池中,當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筕2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了充電回路,使充電器無法再對電池進行充電,起到過充電保護作用。而此時由于V2自帶的體二極管VD2的存在,電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關(guān)斷V2信號之間,還有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設(shè)為1秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。  3、過放電保護  電池在對外部負載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當電池電壓降至2.5V時,其容量已被完全放光,此時如果讓電池繼續(xù)對負載放電,將造成電池的永久性損壞。  在電池放電過程中,當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷了放電回路,使電池?zé)o法再對負載進行放電,起到過放電保護作用。而此時由于V1自帶的體二極管VD1的存在,充電器可以通過該二極管對電池進行充電。  由于在過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低,因此要求保護電路的消耗電流極小,此時控制IC會進入低功耗狀態(tài),整個保護電路耗電會小于0.1μA。  在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設(shè)為100毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。  4、過電流保護  由于鋰離子電池的化學(xué)特性,電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C(C=電池容量/小時),當電池超過2C電流放電時,將會導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。  電池在對負載正常放電過程中,放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個MOSFET時,由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,會在其兩端產(chǎn)生一個電壓,該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導(dǎo)通阻抗,控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測,若負載因某種原因?qū)е庐惓#够芈冯娏髟龃?,當回路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V1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,起到過電流保護作用。  在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常為13毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。  在上述控制過程中可知,其過電流檢測值大小不僅取決于控制IC的控制值,還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗,當MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時,對同樣的控制IC,其過電流保護值越小。  5、短路保護  電池在對負載放電過程中,若回路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,控制IC則判斷為負載短路,其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?,使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,從而切斷放電回路,起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短,通常小于7微秒。其工作原理與過電流保護類似,只是判斷方法不同,保護延時時間也不一樣。  以上詳細闡述了單節(jié)鋰離子電池保護電路的工作原理,上面電路中所用的控制IC為日*本理光公司的R5421系列,在實際的電池保護電路中,還有許多其它類型的控制IC,如日*本精工的S-8241系列、日*本MITSUMI的MM3061系列、臺*灣富晶的FS312和FS313系列、臺*灣類比科技的AAT8632系列等等,其工作原理大同小異,只是在具體參數(shù)上有所差別,有些控制IC為了節(jié)省外圍電路,將濾波電容和延時電容做到了芯片內(nèi)部,其外圍電路可以很少,如日*本精工的S-8241系列。  除了控制IC外,電路中還有一個重要元件,就是MOSFET,它在電路中起著開關(guān)的作用,由于它直接串接在電池與外部負載之間,因此它的導(dǎo)通阻抗對電池的性能有影響,當選用的MOSFET較好時,其導(dǎo)通阻抗很小,電池包的內(nèi)阻就小,帶載能力也強,在放電時其消耗的電能也少。  隨著科技的發(fā)展,手機的體積越做越小,而隨著這種趨勢,對鋰離子電池的保護電路體積的要求也越來越小,在這兩年已出現(xiàn)了將控制IC和MOSFET整合成一顆保護IC的產(chǎn)品,如DIALOG公司的DA7112系列,有的廠家甚至將整個保護電路封裝成一顆小尺寸的IC,如MITSUMI公司的產(chǎn)品。  手機的鋰離子電池在損壞后,有些是保護電路出故障(尤其是進水機的電池),因此有些鋰電可以拆開來修復(fù),既環(huán)保又不浪費。
樓上的很詳細。。
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