锂电池保护电路的设计.doc

本科生毕业设计任务书（工科及部分理科专业使用）题 目： 锂电池保护电路的设计 题目来源：省部级以上 校级 横向 自选题目性质：理论研究 应用与理论结合研究实际应用研究学 院： 信息工程学院 系： 电子信息工程 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子032班 学 号： 6102103099 学生姓名： 刘德荣 起讫日期： 2007.3.282007.6.17 指导教师： 陈根华 职称： 助教 系分管主任： 万国金 审核日期： 2007.3.19 说 明1. 毕业设计任务书由指导教师填写，并经专业学科组审定，下达到学生。2. 进度表由学生填写，至少每两周交指导教师签署审查意见，并作为毕业设计工作检查的主要依据。进度表中的周次是指实际的毕业设计进程中的周次。3. 学生根据指导教师下达的任务书独立完成开题报告，于3周内提交给指导教师批阅。4. 本任务书在毕业设计完成后，与论文一起交指导教师，作为论文评阅和毕业设计答辩的主要档案资料，是学士学位论文成册的主要内容之一。一、毕业设计的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求）研究了一种三节锂离子电池保护芯片与系统。本设计首先阐述了设计锂电保护板的意义及保护IC的功能和发展方向。分别对过度充电保护，过度放电保护，过电流和短路保护进行介绍。在就IC性能要求进行了说明和对IC发展进行了展望。进而介绍了S-8254系列保护IC，其中包括原理框图，工作说明和保护IC连接例。根据技术规格要求我们选择的IC为S-8254AANFT-TBG然后用它来设计YK-PL-302三节锂电保护板，在设计板的过程中包括了材料选择电路设计,做出实物,并对实物进行性能测试，记录结果。最后把测试记录和技术参数进行比较，得出结论。测试结果表明。该电路可以完成所有保护功能，正常工作时的功耗电流为24.5 A，过充电保护电压的检测精度达到了25 mV。二、毕业设计图纸内容及张数原理图一张三、毕业设计实物内容及要求本设计根据技术规格要求设计了一种三节锂电保护电路，做出实物,并对实物进行性能测试，记录结果。最后把测试记录和技术参数进行比较，得出结论 四、毕业设计进度计划序号各阶段工作内容起讫日期备注1公布毕业设计课题要求，并选题，进行资料收集2007.3.28-2007.4.32查阅一篇外文文献并翻译成中文2007.4.4-2007.4.113撰写开题报告，并进一步查阅相关资料2007.4.12-2007.4.184做出实物，并对实物进行测试2007.4.19-2007.4.255构思论文的整体，开始论文的写作2007.4.26-2007.5.26完成论文前一、二章，并继续查阅资料 2007.5.3-2007.5.107完成论文的最重要部分内容 2007.5.11-2007.5.188完善论文，整理成章 2007.5.19-2007.5.229修改论文，呈交指导老师 2007.5.23-2007.5.2710准备论文答辩 2007.2.28-2007.6.10五、主要参考资料参考文献：1 黄小平 蓝德良 孙宏晖等精密多功能恒流源J计量技术，20012 马建国，电子系统设计M北京：高等教育出版社，20033 路秋生，张艳杰电源并联均流技术J通信电源技术，2000，17(2)：12144 田浩 杨向宇 龚晟，等电源模块并联供电的冗余结构及均流rJ电源技术应用，2004，5：352356。5 谢嘉奎 宣月清 冯军 电子线路 2004 2六、毕业设计进度表（本表每两周由学生填写一次，交指导教师签署审查意见）第一、二周（ 3月 28 日至 4月3 日）学生主要工作：选毕业设计课题，进行资料收集。指导教师审查意见：年 月 日第三、四周（ 4月 4 日至 4月11日）学生主要工作：查阅一篇外文文献并翻译成中文。指导教师审查意见：年 月 日第五、六周（ 4月12 日至4月18日）学生主要工作：撰写开题报告，进一步查阅相关资料。指导教师审查意见：年 月 日 第七、八周（ 4月19至4月25日）学生主要工作：阅读大量资料，为设计做好充分准备。指导教师审查意见：年 月 日第九、十周（ 4月26日至 5月 2 日）学生主要工作：做出实物，并对实物进行测试指导教师审查意见：年 月 日第十一、十二周（ 5 月 3 日至 5月10日）学生主要工作：完成论文的前一、二章，并继续查阅资料。指导教师审查意见：年 月 日第十三、十四周（5月11日至5月18日）学生主要工作：完成论文的最主要部分内容。指导教师审查意见：年 月 日第十五、十六周（5月19 日至5月 22日）学生主要工作：完善论文，整理成章。指导教师审查意见：年 月 日第十七、十八周（5月23日至5月 27日）学生主要工作：修改论文，呈交指导老师。指导教师审查意见：年 月 日七、其他（学生提交）1开题报告1份 2外文资料译文1份（2000字以上，并附资料原文） 3论文1份（8000字以上） 指导 教 师： 陈根华 学科组负责人： 万 国 金 学生开始执行 任务书日期： 2007.3.28 学生姓名： 刘德荣 送交毕业设计日期：2007.6.10 本科生毕业设计（论文）开题报告题 目： 锂电池保护电路的设计 学 院： 信息工程学院 系 电子信息工程 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子032班 学 号： 6102103099 姓 名： 刘德荣 指导教师： 陈根华 填表日期： 2007 年 04 月 13 日一、 选题的依据及意义：近年来，PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源。锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，与镍镉、镍氢电池不太一样，锂电池必须考虑充电、放电时的安全性，以防止特性劣化。针对锂电池的过充、过度放电、过电流及短路保护很重要，所以通常都会在电池包内设计保护线路用以保护锂电池。二、 国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：近些年来，便携式电子产品的快速发展促进了电池技术的更换，锂离子电池以能量高、寿命长、无记忆性、无污染等优势排在电池行业的最前列。如现在的手机、数码摄像机、笔记本等都采用锂离子电池作为工作电源。但是锂离子电池极容易出现过充电、过放电等现象，这些情况易损害电池，减短它的使用寿命。但是目前国内没有这种电池保护的核心技术。现阶段有多种的保护芯片系列,保护的功能也不同,但是对于锂离子蓄电池性能的更好发挥,很多保护方式不是很理想,功能也相对单一.多功能复合以及保护性能优化将成为今后的发展和研究趋势.三、 本课题研究内容详细介绍了采用S-8254系列IC控制核心的锂离子电池(3串电池组)保护电路。实现了对锂离子电池工作状态的检测,及对锂电池的防过充电、防过放电及防止过电流功能.四、 本课题研究方案介绍锂离子电池保护电路:过度充电保护、过电流/短路保护和过放电保护等原理及主要设计思路,并根据技术规格设计一种三节锂电保护电路，五、 研究目标、主要特色及工作进度：研究目标：根据技术规格（即用户所要求的过充，过放，过流值，具有短路保护功能，静态电流小，内阻小等）设计一种三节锂电保护电路YK-PL-302。工作特色：首先了解锂电池的研究现状，进而介绍IC的保护功能和原理。选择IC做出实物。并对实物进行性能测试，记录结果。最后把测试记录和技术参数进行比较，得出结论。测试结果表明。该电路可以完成所有保护功能，正常工作时的功耗电流为24.5 A，过充电保护电压的检测精度达到了25 mV。工作进度：12007年3月19日2007年3月26日 公布毕业设计课题要求并进行选题，资料收集，文献阅读 。22007年3月27日2007年4月3日 查找一篇英文资料，并翻译成中文。32007年4月4日2007年4月11日 撰写开题报告，并查阅课题相关资料。42007年4月12日2007年4月26日 做出实物，并对实物进行测试。52007年4月27日2007年5月20日 开始构思论文框架，写论文，期间继续查 阅更多的资料，充实论文。62007年5月21日2007年5月25日 修改论文，呈交指导老师。72007年5月26日2007年6月10日 准备论文答辩。六、参考文献：1 黄小平 蓝德良 孙宏晖等精密多功能恒流源J计量技术，20012 马建国，电子系统设计M北京：高等教育出版社，20033 路秋生，张艳杰电源并联均流技术J通信电源技术，2000，17(2)：12144 田浩 杨向宇 龚晟，等电源模块并联供电的冗余结构及均流rJ电源技术应用，2004，5：352356。5 谢嘉奎 宣月清 冯军 电子线路 2004 2 密级： 公开 NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文 THESIS OF BACHELOR（20062007年）题 目 锂电池保护电路的设计 学 院： 信息工程 系 电子信息工程 专 业： 电子信息工程 班 级： 电子032班 学 号： 6102103099 学生姓名： 刘德荣 指导教师： 陈根华 起讫日期： 2007.3.282007.6.17 学士学位论文要求装订成册并应包含以下主要内容一、 毕业设计（论文）任务书二、开题报告三、南昌大学学士学位论文原创性申明四、毕业设计（论文）1、中文摘要2、外文摘要3、毕业设计（论文）全文五、外文资料原文六、外文资料译文南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 刘德荣 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 刘德荣 日期：导师签名： 日期：南昌大学本科毕业设计正文目录摘要 英文摘要 第一章 锂电池现状及市场状况简介1.1锂动力电池及充放电管理简介 1.2市场状况及前景第二章 保护电路结构及IC的功能说明2.1保护电路的结构2.2三种保护功能说明2.3锂电池保护IC的新功能2.4对保护IC性能的要求2.5保护IC发展展望2.6S-8254系列保护IC第三章YK-PL-302的设计与仿真3.1YK-PL302的技术规格3.2保护电路的设计3.3PL-302多节保护板性能测试报告3.4结束语 锂电池保护电路的设计摘要：近年来，由于锂离子充电电池能量高、体积小、无记忆效应、充放电次数多、工作电压高、自我放电效率低等特性，已成为便携式设备充电电池之首选。然而，从使用的安全性考虑，锂电池的过充电、过放电、过电流及短路保护很重要，所以通常都会在电池包内设计保护电路用以保护锂电池。本设计首先阐述了设计锂电保护电路的意义及保护IC的功能和发展方向。分别对过度充电保护，过度放电保护，过电流和短路保护进行介绍。在就IC性能要求进行了说明和对IC发展进行了展望。进而介绍了S-8254系列保护IC，其中包括原理框图，工作说明和保护IC连接例。根据技术规格要求我们选择的IC为S-8254AANFT-TBG然后用它来设计YK-PL-302三节锂电保护板，在设计板的过程中包括了材料选择电路设计,做出实物,并对实物进行性能测试，记录结果。最后把测试记录和技术参数进行比较，得出结论。测试结果表明。该电路可以完成所有保护功能，正常工作时的功耗电流为24.5 A，过充电保护电压的检测精度达到了25 mV。关键词：过充电 过放电 过电流 短路 Abstract: In recent years ,Because the lithium ion rechargeable battery energy high, the volume small, the non- memory effect, the sufficient electric discharge number of times many, the working voltage high, the self- discharging efficiency was low and so on the characteristic, has become first choice of the portable equipment rechargeable battery. However, considered from the use security that, the lithium battery over charge, the electric discharge, the electric current and short-circuits the protection to be very important, therefore usually can design the protection circuit in the battery package to use to protect the lithium battery.This text expouds the values of designing the li-lon protect circuit first.Then introduces the function and the way for battery protection IC development.Later on ,this article introducts overcharge protect,overdischarge protect,over current detection and short circuit detection.Then the article recommends S-8254 series IC , including block diagram,pin configuration,electrical characteristices,operation and battery protection IC connection example.We design the battery protection circuit for 3-serial-cell pack by using the S-8254 series IC.when we design the protection circuit we must choose material and design circuit.then we comlete the design , test the design and note the result.At last,we compare the result with the technic request and educe conclusion. The test results manifest that the circuit achieves all protective function，the dissipative current is normally 24.5 A and the precision for over-charge detector threshold is 25 mVKey Words： Overcharge Overdischarge Over current detection Short circuit detection 第一章 锂电池现状及市场状况简介近些年来，便携式电子产品的快速发展促进了电池技术的更换，锂离子电池以能量高、寿命长、无记忆性、无污染等优势排在电池行业的最前列。如现在的手机、数码摄像机、笔记本等都采用锂离子电池作为工作电源。但是锂离子电池极容易出现过充电、过放电等现象，这些情况易损害电池，减短它的使用寿命。但是目前国内没有这种电池保护的核心技术。1.1锂动力电池及充放电管理简介市场及产业关联度分析随着全球汽车数量的不断增加，燃油汽车的尾气排放所造成的空气污染日益加剧，而且石油也是不可再生的能源，终有枯竭之日，能源短缺问题越来越严重。因此近年来，世界各国为解决这些难题，纷纷投入大量人力、物力，研制开发新能源，锂电池就是其中很重要的一个项目。在电池能源中，有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池、太阳能电池；其中，由于铅酸蓄电池过于笨重（比容量低），且衰减快、技术改进已到尽头而不具前景；镍氢电池目前在一些领域应用还比较广泛，但其记忆性、比容量一般、单体电压低等缺陷是无法改进的；锂动力电池目前在我国还是初步阶段，在技术革新和生产工艺上还有很大的上升空间，即使现阶段其无污染、比容量大、无记忆效应、单体电压高、单体容量大等优点已非常突出，在一些领域已经或正在替代其他动力源，锂离子动力电池具有容量大、体积小、重量轻、寿命长等多项特点，锂离子动力电池在同等容量下，体积是铅酸蓄电池的一半；重量仅为三分之一，而铅酸蓄电池的可反复充放电次数理论值只有200300次，锂离子动力电池的反复充放电次数可达5001000次，而价格仅是它的2倍。比如锂离子动力电池10节组36V10Ah，重量仅为3.7公斤，一般人均可提得动，而铅酸蓄电池组36V10Ah其重量为15.1公斤，体积重量只占其四分之一。动力源的改进又可促使产品发生质的飞跃，最典型的例子就是手机，由于锂电的出现，才使的现在的手机在外观和性能上都取的大突破。目前锂电池已应用的领域包括各种军民用专用电器设备、照明产品、电热产品、电动工具、电动自行车、观光车、汽车、大巴等，应该说锂电池作为新一代动力是具有相当乐观的前景。国家政策对锂电池也是给予大力扶持，国家科技部已经从战略高度把开发电动汽车作为“十五”重大科技攻关项目。国家“863”计划将在“十五”期间投入120亿资金，用以实现中国电动汽车产业化，北京市政府已在有关媒体上正式宣布，至二00六年，北京市公交车辆一律不得使用燃油车。值得注意的是，在国家明确发展电动汽车宏观战略的同时，适合中国国情的电动自行车、电动滑板车、电动观光车悄然而生，并以极其惊人的速度迅猛发展，在发展电动车的计划中，其中最为关键的技术就是高性能的电池，以及辅以电池正常工作的控制系统。在诸多的电池应用领域中，锂离子电池与镍氢、镍镉电池相比有以下优点： 1、单体电池工作电压高是3.6V，是镍氢镍镉电池的3倍； 2、在容量相同的情况下，与其他类电池相比体积减少30%，重量降低50%； 3、可充电500次以上； 4、允许工作温度范围（-20+70）宽； 5、可大电流快速充电。但是锂离子电池使用也有它的特殊要求： 1、单体锂离子电池的充电电压必须低于4.25V（0.05V），如超过此上限电压会造成永久性损坏； 2、单体锂离子电池的放电电压不得低于2.4V（0.05V），如低于此下限电压也会造成永久性损坏。鉴于以上锂离子电池的优缺点，锂离子电池应用在包括电动汽车在内的电动车领域前景是很光明的，关键的问题是对于电动车用的锂离子电池要加装充放电保护系统。而锂动力电池充放电智能化保护模块（简称保护模块），很好地解决了这一问题，突破了锂动力电池保护电路的难点。使锂离子电池在各领域的应用开拓了十分喜人的前景。本产品的批量生产将解决锂动力电池的技术难点“瓶颈”问题促进锂离子动力电池的市场应用，推动锂离子动力电池取代铅酸蓄电池、镍氢镍镉电池用于各个领域。1.2市场状况及前景2001年全国仅有深圳雷天和北京大陆两家生产锂动力电池，由于缺乏有效充放电保护模块，也由于锂离子动力电池在工作过程中就必需保护。导致锂离子动力电池研制出来后难以大批量进入市场。目前全国生产锂电池的厂家已经上百家，可以批量生产各个安时数的品种，应用于各种电器设备领域。我们研制锂离子动力电池充放电保护模块，就是针对克服锂动力电池致命的技术弱点这一难题的，确保了锂离子动力电池能够大批量进入市场，将以体积小、重量轻、容量大、寿命长的优势逐步取代铅酸蓄电池。目前锂电池在配备保护模块之后已经成功应用在矿灯、设备、照明、发热产品、电模等产品上，而电动车、船、机器等领域的应用也在积极开展，随后将伴着电动汽车的发展更加拓展其市场的深度和广度。因此， “锂离子动力电池充放电保护模块”项目，就是将科技成果转化为生产力的高新技术项目，该项目的实施有很强的必要性。随着保护模块的宣传推介和“锂离子动力电池充放电保护模块”项目的实施，一定会被锂离子动力电池大量的配套使用。既保护了环境，减少了污染，又节约了能源，方便了人民，必定会创造巨大的社会效益。第二章 保护电路结构及IC的功能说明2.1保护电路的结构锂离子电池的保护电路是由保护IC及两颗功率MOSFET所构成，其中保护IC监视电池电压，当有过度充电及放电状态时切换到以外挂的功率MOSFET来保护电池，保护IC的功能有过度充电保护、过度放电保护和过电流短路保护。（图1.1）2.2三种保护功能说明1.过度充电保护 过度充电保护IC的原理为：当外部充电器对锂电池充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状态。此时，保护IC需检测电池电压，当到达4.25V时（假设电池过充点为4.25V）即激活过度充电保护，将功率MOSFET由开转为切断，进而截止充电。 另外，还必须注意因噪音所产生的过度充电检出误动作，以免判定为过充保护。因此，需要设定延迟时间，并且延迟时间不能短于噪音的持续时间。 2.过度放电保护 在过度放电的情况下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低。采用锂电池保护IC可以避免过度放电现象产生，实现电池保护功能。过度放电保护IC原理：为了防止锂电池的过度放电状态，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过度放电电压检测点（假定为2.3V）时将激活过度放电保护，使功率MOSFET由开转变为切断而截止放电，以避免电池过度放电现象产生，并将电池保持在低静态电流的待机模式，此时的电流仅0.1A。锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。另外，考虑到脉冲放电的情况，过放电检测电路设有延迟时间以避免产生误动作。 3.过电流及短路电流 因为不明原因（放电时或正负极遭金属物误触）造成过电流或短路，为确保安全，必须使其立即停止放电。过电流保护IC原理为，当放电电流过大或短路情况产生时，保护IC将激活过（短路）电流保护，此时过电流的检测是将功率MOSFET的Rds(on) 当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形，如果比所定的过电流检测电压还高则停止放电，运算公式为: V- = I Rds(on) 2（V- 为过电流检测电压，I 为放电电流）假设 V- = 0.2V，Rds(on) = 25m，则保护电流的大小为 I = 4A。同样地，过电流检测也必须设有延迟时间以防有突发电流流入时产生误动作。 通常在过电流产生后，若能去除过电流因素（例如马上与负载脱离），将会恢复其正常状态，可以再进行正常的充放电动作。 2.3锂电池保护IC的新功能 除了上述的锂电池保护IC功能之外，下面这些新的功能同样值得关注： 1.充电时的过电流保护 当连接充电器进行充电时突然产生过电流（如充电器损坏），电路立即进行过电流检测，此时Cout将由高转为低，功率MOSFET由开转为切断，实现保护功能。V- = I Rds(on) 2（I 是充电电流；Vdet4，过电流检测电压，Vdet4 为 -0.1V） 2.过度充电时的锁定模式 通常保护IC在过度充电保护时将经过一段延迟时间，然后就会将功率MOSFET切断以达到保护的目的，当锂电池电压一直下降到解除点（过度充电滞后电压）时就会恢复，此时又会继续充电保护放电充电放电。这种状态的安全性问题将无法获得有效解决，锂电池将一直重复着充电放电充电放电的动作，功率MOSFET的栅极将反复地处于高低电压交替状态，这样可能会使MOSFET变热，还会降低电池寿命，因此锁定模式很重要。假如锂电保护电路在检测到过度充电保护时有锁定模式， MOSFET将不会变热，且安全性相对提高很多在过度充电保护之后，只要充电器连接在电池包上，此时将进入过充锁定模式。此时，即使锂电池电压下降也不会产生再充电的情形，将充电器移除并连接负载即可恢复充放电的状态。 3.减少保护电路组件尺寸 将过度充电和短路保护用的延迟电容器整合到保护IC里面，以减少保护电路组件尺寸。 2.4对保护IC性能的要求 1.过度充电保护的高精密度化 当锂离子电池有过度充电状态时，为防止因温度上升所导致的内压上升，须截止充电状态。保护IC将检测电池电压，当检测到过度充电时，则过度充电检测的功率MOSFET使之切断而截止充电。此时应注意的是过度充电的检测电压的高精密度化，在电池充电时，使电池充电到饱满的状态是使用者很关心的问题，同时兼顾到安全性问题，因此需要在达到容许电压时截止充电状态。要同时符合这两个条件，必须有高精密度的检测器，目前检测器的精密度为25mV，该精密度将有待于进一步提高。 2.降低保护IC的耗电 随着使用时间的增加，已充过电的锂离子电池电压会逐渐降低，最后低到规格标准值以下，此时就需要再度充电。若未充电而继续使用，可能造成由于过度放电而使电池不能继续使用。为防止过度放电，保护IC必须检测电池电压，一旦达到过度放电检测电压以下，就得使放电一方的功率MOSFET切断而截止放电。但此时电池本身仍有自然放电及保护IC的消耗电流存在，因此需要使保护IC消耗的电流降到最低程度。 3.过电流短路保护需有低检测电压及高精密度的要求 因不明原因导致短路时必须立即停止放电。过电流的检测是以功率MOSFET的Rds(on)为感应阻抗，以监视其电压的下降，此时的电压若比过电流检测电压还高时即停止放电。为了使功率MOSFET的Rds(on)在充电电流与放电电流时有效应用，需使该阻抗值尽量低，目前该阻抗约为20m30m，这样过电流检测电压就可较低。4.耐高电压 电池包与充电器连接时瞬间会有高压产生，因此保护IC应满足耐高压的要求。 5.低电池功耗 在保护状态时，其静态耗电流必须要小0.1A。 6.零伏可充电 有些电池在存放的过程中可能因为放太久或不正常的原因导致电压低到0V，故保护IC需要在0V时也可以实现充电。 2.5保护IC发展展望 如前所述，未来保护IC将进一步提高检测电压的精密度、降低保护IC的耗电流和提高误动作防止功能等，同时充电器连接端子的高耐压也是研发的重点。在封装方面，目前已由SOT23-6逐渐转向SON6封装，将来还有CSP封装，甚至出现COB产品用以满足现在所强调的轻薄短小要求。在功能方面，保护IC不需要整合所有的功能，可根据不同的锂电池材料开发出单一保护IC，如只有过充保护或过放保护功能，这样可以大幅减少成本及尺寸。 当然，功能组件单晶体化是不变的目标，如目前手机制造商都朝向将保护IC、充电电路以及电源管理IC等周边电路与逻辑IC构成双芯片的芯片组，但目前要使功率MOSFET的开路阻抗降低，难以与其它IC整合，即使以特殊技术制成单芯片，恐怕成本将会过高。因此，保护IC的单晶体化将需一段时间来解决。2.6 S-8254系列保护IC工作说明备注：请参照电池保护IC连接例1、 通常状态全部的电池电压在 VDLn与VCUn之间，比放电电流的电流值低（VINI端子电压比VIOV1，VIOV2低，并且VMP端子电压比VIOV3高）的情况下，充电用FET以及放电用FET变为ON。2、 过充电状态某个电池的电压比VCUN高，这种状态下保持在tcu以上的情况下，COP端子变为高阴抗。COP端子通过外接电阻上拉为EB+的缘故，充电用FET变为OFF，而停止充电。这种状态称为过充电状态。过充电状态在满足下述的2个条件的一方的情况下被解除。（1） 全部的电池的电压在VCLN以下时（2） 全部的电池电压在VCUN以下，并且VMP端子电压在39/40*VDD以下时（负载被边接，通过充电用FET的本体二极管开始放电）3、过放电状态某个电池的电压比VDLN低，这种状态保持在tDL以上的情况下，DOP端子的电压变为VDD电平，放电用FET变为OFF，而停止充电。这种状态称为过放电状态。变为过放电状态后，S-8254系列转移为休眠状态。4、休眠状态 变为过放电状态，停止了放电，由于IC内部的RVMS电阻VMP端子被下拉至VSS，VMP端子电压变为VDD/2以下时，S-8254系列进入休眠状态。在休眠状态下S-8254系列的几乎全部的电路停止工作，消耗电流变为IPDN以下。各个输出端子的状态变为如下的状态。（1） COP端子：HI-Z（2） DOP端子：VDD休眠状态在满足下述条件时被解除。（1） VMP端子电压变为VDD/2以上时。过放电状态的解除有以下2种条件。（1）当VMP端子电压在VDD/2以上助理VMP端子电压低于VDD时，所有的电池电压在VDUN以上时将被解除。（2） 当VMP端子电压在VDD/2以上且VMP端子电压高于VDD时，所有的电池电压在VDLN以上时，休眠状态将被解除（在边接充电器后VMP端子电压高于VDD的情况时，过放电滞后电压将被解除，在VDLN处放电控制用FET即被打开）。5、过电流状态S-8254系列备有对应3种类的过电流检测电平（VIOV1、VIOV2以及VIOV3）以及各处电平的过电流检测延迟时间（tiov1、tiov2以及tiov3）。放电电流比一定值大（VSS和VINI的电压差比VIOV1大）的情况下，这种状态保持在TIOV1以上时，系列进入过电流状态。在过电流状态，DOP端子的电压变为VDD电平，放电用FET变为OFF，而停止放电。另外，COP端子变为高阻抗，由于EB+端子的电位被上拉，导致充电用FET变为OFF。VMP端子通过内部电阻RVMD被上拉至VDD。针对过电流检测电平2（VIOV2）以及过电流检测延迟时间（Tiov2）的工作与针对VIOV1以及tiov1的工作是相同的。在过电流状态，通过IC内部的RVMD电阻VMP端子被子上拉至VDD。过电流状态在满足下述的条件时被解除。（1）通过充电器边接或者负载开放（30M以上），VMP端子电压在VIOV3以上时6、向 0V电池充电功能有关自我放电后电池（0V电池）的充电，S-8254系列可以选择2个功能其中的一方。（1） 允许向0V电池的充电，（可以向0V电池充电）。充电器电压比V0CHA高的情况下，0V电池被充电。（2） 禁止向0V电池的充电（不可以向0V电池充电）。电池电压在V0INH以下的情况下，不进行充电。注意 VDD端子的电压比VDSOP的最小低的情况下，不能保证S-8254系列的工作。7、延迟时间的设置过充电检测延迟时间（Tcu）可以通过边接在CCT端子的外接电容的容量来设置。过放电检测延迟时间（Tdl）以及过电流检测延迟时间1（tiov1）可以通过连接在CDT端子的外接电容的容量来设置。各延迟时间由下述的公式来计算出来。过电流检测延迟时间2以及3（tiov2,tiov3）在内部被固定。 最小值 典型值 最大值 tcus =(5.00, 10.0, 15.0 )*CcctF tdls =(0.50, 1.00, 1.50 )*CcdtF tiov1 =(0.05, 0.10, 0.15 )*CcdtF8、有关CTL端子S-8254系列备有控制端子。CTL端子是用于控制COP端子以及DOP端子的输出电压而准备的。CTL端子优先用于电池保护电路。表2.1 通过CTL端子可设置的状态CTL端子COP端子DOP端子HighHi-ZVDDOpenHi-ZVDDLow通常状态通常状态注意 由于外接滤波器Rvss，Cvss的存在，当电源突变时，如向CTL端子输入低电位，此低电位与VSS产生电位差，从而导致错误动作，务请注意。9、有关SEL端子S-8254系列备有控制端子，SEL端子是用于控制3节或者4节保护的切换而准备的，SEL端子在Low的情况下，由于V4节过放电检测被禁止，即使V4节为短路，过放电检测也可使用于3节保护，SEL端子优先用于电池保护电路。SEL端子请务必使用在High或者Low电位。表2.2 通过SEL端子可设置的状态SEL端子状态High4节保护Open未定Low3节保护图2.1 3节串联连接例第三章YK-PL-302的设计与仿真3.1 YK-PL302的技术规格 表3.1 技术参数保护部分参数测试条件为常温最小值正常值最大值测试单节过充检测电压V4.2254.2504.275单节过充检测延时ms50010001500单节过放检测电压V2.422.502.58单节过放检测延时ms50100150过流保护电流A8.510.512.5正常状态下静态电流A30正常放电回路导通内阻m45正常工作电流A56.58短路保护功能注意后面打为测试项目 图3.1 焊盘图 表3.2 焊盘符号说明符号说明符号说明P+充/放电正端B+接第一节电芯正极p-充/放电负端B2接第一节电芯负极和第二节电芯正极B-接第三节电芯负极B1接第二节电芯负极和第三节电芯正极 表3.3 适用范围项目符号参数值单位输入电压（B+与B-间）VBatVSS-0.3 to VSS+26V最大工作温度范围Topr-40 to 85C最大存储温度范围Tstg-40 to 125C 3.2保护电路的设计我们根据保护板的这些技术要求设计YK-PL-302保护板，首先绘制出电气原理图和材料的选择（电容，电阻，IC和MOSFET）及完成对PCB的排板布线。电气原理图的绘制参考图8保护IC三节连接例。材料的选择必须保证达到技术规格要求的情况下尽量选择最便宜的最利于生产的元气件，因为在生产过程中必须考虑一个成本的问题和生产工艺问题。如果仅仅是从满足技术规格的前提下，我们完全有理由用精度更高的，但从成本考虑，就不是这样的，因为精度高的电阻，电容价格要贵的多。图3.2 电气原理图 原理图说明锂电池保护系统在应用上主要由保护IC和集成了两颗功率MOSFET的功率IC构成。其中保护IC监视电池电压、充放电电流，功率IC进行过充电、过放电和过电流控制（如图所示）1，COP 充电控制用FET门极连接端子 (N沟道开路漏极输出)。2，VMP VC1VMP间的电压检测端子 (过电流3检测端子)。3，DOP 放电控制用FET门极连接端子 (CMOS输出)。4，VINI VSSVINI间的电压检测端子 (过电流1、2检测端子)。5，CDT 过放电检测延迟、过电流检测1延迟用的电容连接端子。6，CC