3.7v鋰電池保護(hù)板原理介紹2021-07-06 08:21
1.單節(jié)鋰電池保護(hù)電路
單節(jié)鋰電池充放電保護(hù)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(jī)中用得較多的一種電路為例進(jìn)行分析,供參考。
該電路的控制芯片為DW01(或312F),MOS開關(guān)管為8205A,如圖6所示,B+、B-分別是接電芯的正、負(fù)極;P+、P-分別是保護(hù)板輸出的正、負(fù)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(jìn)行保護(hù)控制。
DWO1或312F是一款鋰電池保護(hù)芯片,內(nèi)置有高精確度的電壓檢測與時間延遲電路,主要參數(shù)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。
?。?)正常工作
該保護(hù)板的電路如圖7所示,當(dāng)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(nèi)的兩只N溝道場效應(yīng)管Q1、Q2均處于導(dǎo)通狀態(tài),由于8205A的導(dǎo)通電阻很小,相當(dāng)于D、S極間直通,此時電芯的負(fù)極與保護(hù)電路的P-端相當(dāng)于直接連通,保護(hù)電路有電壓輸出,其電流回路如下:B+→P+→負(fù)載。P-→8205A的②、③腳→8205A的①腳→8205A的⑧腳→8205A的⑥、⑦腳→B-。
【提示】在此電路中,8205A內(nèi)部場效應(yīng)管Q1、Q2可等效為兩只開關(guān),當(dāng)Q1或Q2的G極電壓大于1V時,開關(guān)管導(dǎo)通,D、S間內(nèi)阻很?。〝?shù)十毫歐姆),相當(dāng)于開關(guān)閉合;當(dāng)G極電壓小于0.7V時,開關(guān)管截止,D、S極間的導(dǎo)通內(nèi)阻很大(幾兆歐姆),相當(dāng)于開關(guān)斷開。
?。?)過放電保護(hù)
當(dāng)電芯通過外接的負(fù)載進(jìn)行放電時,電芯兩端的電壓將慢慢降低,同時DW01內(nèi)部將通過電阻R1實時監(jiān)測電芯電壓,當(dāng)電芯電壓下降到2.3V(通常稱為過放保護(hù)電壓)時,DWO1認(rèn)為電芯已處于過放電狀態(tài),其①腳電壓變?yōu)?,8205A內(nèi)Q1截止,此時電芯的B-與-之間處于斷開狀態(tài),即電芯的放電回路被切斷,電芯將停止放電。
進(jìn)入過放電保護(hù)狀態(tài)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(hù)恢復(fù)電壓),DW0的①腳恢復(fù)輸出高電平,8205A內(nèi)的Q1再次導(dǎo)通。
?。?)電池充電
無論保護(hù)電路是否進(jìn)入過放電狀態(tài),只要給保護(hù)電路的P+與P-端間加上充電電壓,DW0經(jīng)B一端檢測到充電電壓后,便立即從③腳輸出高電平,8205A內(nèi)的Q2導(dǎo)通,即電芯的B-保護(hù)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(fù)極。
(4)過充電保護(hù)
充電時,當(dāng)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(dāng)電芯電壓升高到4.4V(通常稱為過充保護(hù)電壓)時,DW01將判斷電芯已處于過充電狀態(tài),便立即使③腳電壓降為0V,8205A內(nèi)的Q2因④腳為低電平而截止,此時電芯的B一極與保護(hù)電路的P-端之間處于斷開狀態(tài)并保持,即電芯的充電回路被切斷,停止充電。
當(dāng)保護(hù)電路的P+與P-端接上放電負(fù)載后,雖然Q2截止,但其內(nèi)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(fù)載放電。當(dāng)電芯兩端電壓低于4.3V(通常稱為過充保護(hù)恢復(fù)電壓)時,DW01將退出過充電保護(hù)狀態(tài),③腳重新輸出高電平,Q2導(dǎo)通,即電芯的B-端與保護(hù)電路P-端又重新接上,電芯又能進(jìn)行正常的充放電。
?。?)過流保護(hù)
由于MOs開關(guān)管飽和導(dǎo)通時也存在內(nèi)阻,所以有電流流過時MOs開關(guān)管的D、S極間就會產(chǎn)生壓降,保護(hù)控制IC會實時檢測MOs開關(guān)管D、S極的電壓,當(dāng)電壓升到IC保護(hù)門限值(一般為0.15V,稱為放電過流檢測電壓)時,其放電保護(hù)執(zhí)行端馬上輸出低電平,放電控制MOs開關(guān)管關(guān)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(guān)管上的壓降。當(dāng)負(fù)載電流增大時,Q1或Q2上的壓降也必然增大,當(dāng)該壓降達(dá)到0.2V時,DWO1便判斷負(fù)載電流到達(dá)了極限值,于是其①腳電壓降為0V,8205A內(nèi)部的放電控制管Q1關(guān)閉,切斷電芯的放電回路。實現(xiàn)過電流保護(hù)。
?。?)過溫保護(hù)
保護(hù)板上的T端口為過溫保護(hù)端,與用電器的CPU相連。常見的過溫保護(hù)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(dāng)用電器長時間處于大功率工作狀態(tài)時(如手機(jī)長時間處于通話狀態(tài)),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(jìn)行檢測,當(dāng)阻值下降到CPU設(shè)定閾值時,CPU立即發(fā)出關(guān)機(jī)指令,讓電池停止對其供電,只維持很小的待機(jī)電流,從而達(dá)到保護(hù)電池的目的。
【提示】當(dāng)保護(hù)板處于保護(hù)狀態(tài)時,可以短接B-、P-端來激活保護(hù)板,這時控制芯片的充、放電保護(hù)執(zhí)行端(OC、OD)均會輸出高電平,讓MOs開關(guān)管導(dǎo)通。
單節(jié)鋰電池充放電保護(hù)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(jī)中用得較多的一種電路為例進(jìn)行分析,供參考。
該電路的控制芯片為DW01(或312F),MOS開關(guān)管為8205A,如圖6所示,B+、B-分別是接電芯的正、負(fù)極;P+、P-分別是保護(hù)板輸出的正、負(fù)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(jìn)行保護(hù)控制。
DWO1或312F是一款鋰電池保護(hù)芯片,內(nèi)置有高精確度的電壓檢測與時間延遲電路,主要參數(shù)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。
?。?)正常工作
該保護(hù)板的電路如圖7所示,當(dāng)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(nèi)的兩只N溝道場效應(yīng)管Q1、Q2均處于導(dǎo)通狀態(tài),由于8205A的導(dǎo)通電阻很小,相當(dāng)于D、S極間直通,此時電芯的負(fù)極與保護(hù)電路的P-端相當(dāng)于直接連通,保護(hù)電路有電壓輸出,其電流回路如下:B+→P+→負(fù)載。P-→8205A的②、③腳→8205A的①腳→8205A的⑧腳→8205A的⑥、⑦腳→B-。
【提示】在此電路中,8205A內(nèi)部場效應(yīng)管Q1、Q2可等效為兩只開關(guān),當(dāng)Q1或Q2的G極電壓大于1V時,開關(guān)管導(dǎo)通,D、S間內(nèi)阻很?。〝?shù)十毫歐姆),相當(dāng)于開關(guān)閉合;當(dāng)G極電壓小于0.7V時,開關(guān)管截止,D、S極間的導(dǎo)通內(nèi)阻很大(幾兆歐姆),相當(dāng)于開關(guān)斷開。
?。?)過放電保護(hù)
當(dāng)電芯通過外接的負(fù)載進(jìn)行放電時,電芯兩端的電壓將慢慢降低,同時DW01內(nèi)部將通過電阻R1實時監(jiān)測電芯電壓,當(dāng)電芯電壓下降到2.3V(通常稱為過放保護(hù)電壓)時,DWO1認(rèn)為電芯已處于過放電狀態(tài),其①腳電壓變?yōu)?,8205A內(nèi)Q1截止,此時電芯的B-與-之間處于斷開狀態(tài),即電芯的放電回路被切斷,電芯將停止放電。
進(jìn)入過放電保護(hù)狀態(tài)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(hù)恢復(fù)電壓),DW0的①腳恢復(fù)輸出高電平,8205A內(nèi)的Q1再次導(dǎo)通。
?。?)電池充電
無論保護(hù)電路是否進(jìn)入過放電狀態(tài),只要給保護(hù)電路的P+與P-端間加上充電電壓,DW0經(jīng)B一端檢測到充電電壓后,便立即從③腳輸出高電平,8205A內(nèi)的Q2導(dǎo)通,即電芯的B-保護(hù)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(fù)極。
(4)過充電保護(hù)
充電時,當(dāng)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(dāng)電芯電壓升高到4.4V(通常稱為過充保護(hù)電壓)時,DW01將判斷電芯已處于過充電狀態(tài),便立即使③腳電壓降為0V,8205A內(nèi)的Q2因④腳為低電平而截止,此時電芯的B一極與保護(hù)電路的P-端之間處于斷開狀態(tài)并保持,即電芯的充電回路被切斷,停止充電。
當(dāng)保護(hù)電路的P+與P-端接上放電負(fù)載后,雖然Q2截止,但其內(nèi)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(fù)載放電。當(dāng)電芯兩端電壓低于4.3V(通常稱為過充保護(hù)恢復(fù)電壓)時,DW01將退出過充電保護(hù)狀態(tài),③腳重新輸出高電平,Q2導(dǎo)通,即電芯的B-端與保護(hù)電路P-端又重新接上,電芯又能進(jìn)行正常的充放電。
?。?)過流保護(hù)
由于MOs開關(guān)管飽和導(dǎo)通時也存在內(nèi)阻,所以有電流流過時MOs開關(guān)管的D、S極間就會產(chǎn)生壓降,保護(hù)控制IC會實時檢測MOs開關(guān)管D、S極的電壓,當(dāng)電壓升到IC保護(hù)門限值(一般為0.15V,稱為放電過流檢測電壓)時,其放電保護(hù)執(zhí)行端馬上輸出低電平,放電控制MOs開關(guān)管關(guān)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(guān)管上的壓降。當(dāng)負(fù)載電流增大時,Q1或Q2上的壓降也必然增大,當(dāng)該壓降達(dá)到0.2V時,DWO1便判斷負(fù)載電流到達(dá)了極限值,于是其①腳電壓降為0V,8205A內(nèi)部的放電控制管Q1關(guān)閉,切斷電芯的放電回路。實現(xiàn)過電流保護(hù)。
?。?)過溫保護(hù)
保護(hù)板上的T端口為過溫保護(hù)端,與用電器的CPU相連。常見的過溫保護(hù)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(dāng)用電器長時間處于大功率工作狀態(tài)時(如手機(jī)長時間處于通話狀態(tài)),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(jìn)行檢測,當(dāng)阻值下降到CPU設(shè)定閾值時,CPU立即發(fā)出關(guān)機(jī)指令,讓電池停止對其供電,只維持很小的待機(jī)電流,從而達(dá)到保護(hù)電池的目的。
【提示】當(dāng)保護(hù)板處于保護(hù)狀態(tài)時,可以短接B-、P-端來激活保護(hù)板,這時控制芯片的充、放電保護(hù)執(zhí)行端(OC、OD)均會輸出高電平,讓MOs開關(guān)管導(dǎo)通。
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