锂离子电池保护电路基本知识问答..

1 锂离子电池保护电路基本知识问答锂离子电池保护电路基本知识问答 1 什么是锂离子电池保护什么是锂离子电池保护 ic 答 在锂离子电池使用过程中 过充电 过放电对锂电池的电性能都会造成一定的影响 为避免使用中出现这种现象 专门设计了一套电路 并用微电子技术把它小型化 成 为一个芯片 该芯片俗称锂电池保护 ic 2 保护保护 ic 外形是什么样的 外形是什么样的 答 保护 ic 外形常用的有两种 一种称为 SOT 23 5 封装 另一种较薄 称 TSSOP 8 封装 2 1 1 3 Ic 内部有些什么电路 能大概介绍一下吗 内部有些什么电路 能大概介绍一下吗 答 ic 内部的简化的逻辑图如下 其各个端口的功能简述如下 VDD 1 IC 芯片电源输入端 2 锂电池电压采样点 VSS 1 IC 芯片测量电路基准参考点 2 锂电池负极和 IC 连接点 DO IC 对放电 MOS 管的输出控制端 CO IC 对充电 MOS 管的输出控制端 VM IC 芯片对锂电池工作电流的采样输入端 从简化的逻辑图可见 电池过充电 过放电 放电时电流过大 过电流 外围电路短 VDD VSS 过充电 压检测 过放电 压检测 延时电路 过电流 检测 短路检 测 VM DOCO 3 路 该 ic 都会检测出来 并驱动相应的电子器件动作 4 Ic 有哪些主要技术指标 有哪些主要技术指标 答 1 过充电检测电压 VCU 4 275 25mv 4 25 4 275 4 30 2 过充电恢复电压 VCL 4 175 30mv 4 145 4 175 4 205 3 过放电检测电压 VDL 2 3 80mv 2 22 2 3 2 38 4 过放电恢复电压 VDU 2 4 0 1mv 2 3 2 4 2 5 5 过电流检测电压 VIOV1 0 1 30mv 0 07V 0 1 0 13V VIOV2 0 5 0 1mv 0 4 0 5 0 6 6 短路检测电压 VSHORT 1 3V 1 7 1 3 0 6 7 过充电检测延时 tcu 1s 0 5 1 2 8 过放电检测延时 tdl 125ms 62 5 125 250 9 过流延时 TioV1 8ms 4 8 16 TioV2 2ms 1 2 4 10 短路延时 Tshort 10us 10 50us 11 正常功耗 10PE 3uA 1 3 6uA 12 静电功耗 1PDN 0 1 uA 5 锂电池保护电路的锂电池保护电路的 PCB 板上 除了保护板上 除了保护 ic 外 还需要哪些元件 才能组成一个完整的外 还需要哪些元件 才能组成一个完整的 保护保护 PCB 答 还需要作为开关功能用的两只场效应管 若干电阻 电容 6 场效应管是什么样子 场效应管是什么样子 答 场效应管也称 MOS FET 在锂电池保护 PCB 上 都是成对使用 因此制造商把两只 独立的 MOS FET 封装在一起 其外形通常也有两种 一种是 SOP 8 封装 见下图 其内部接法如下图 4 另一种封装较薄 称 TSSOP 8 其内部接法如下 7 MOS FET 在电路中起什么作用 它是怎样工作的 在电路中起什么作用 它是怎样工作的 答 MOS FET 通常有三只脚 分别称为漏极 D 源极 S 栅极 G 它在电子线路中的功能 可用下图简单说明 D 5 简言之 MOS FET 在电子电路中可把它看作是一只特殊的开关 当栅极 G 得到了一 个高电平 右图的开关就闭合 电流在 D S 之间通过 当栅极 G 得到的不是高电平 而是低电平 则 D S 之间开关看作开路 电流不能通过 8 常听人说 常听人说 MOS FET 的内阻是多少 多少 到底什么是的内阻是多少 多少 到底什么是 MOS FET 的内阻 的内阻 答 如上图所示 D S 之间的开关闭合时总存在一定的电阻 这个电阻相当于 MOS FET 的内阻 一般这个电阻很小 都在 10 30m 之间 可见 电流通过 MOS FET 由于 存在内阻 根据欧姆定律 必然存在电压降 从而损耗掉一部份电能 可见 MOS FET 的 内阻应越小越好 9 除内阻外 除内阻外 MOS 管还有哪些主要技术指标 管还有哪些主要技术指标 答 MOS 管有以下主要技术指标 1 漏源极耐压值 VDSS 20V 2 漏栅极耐压值 VDGR 20V 3 栅源极耐压值 VGSS 12V 4 漏极最大电流 ID DC 6A Polse 24A 5 漏源极内阻 RDS VGS 2V ID 3A 22m 45m VGS 2 5V ID 3A 19m 30m VGS 4V ID 3A 16m 20m 10 你能较完整地介绍一下保护 你能较完整地介绍一下保护 PCB 的工作原理吗 的工作原理吗 答 保护 PCB 的完整电原理图如下 IC DOCO 1S 过充电状态 125ms 充电器接入 过放电状态 IC 休眠状态 0 1UA IC 工作状态 3UA T 电池电压 VCU 4 275V VCL 4 175V VDU 2 4V VDL 2 3V 保护 IC 工作时序图 6 上图中 B 是电池 P P 是电池块接充电器电源或与手机相接的正负极 充电状态 充电时 充电电流由 P 进入 B MOS1 MOS2 P 在充电的同时 ic 通过 Vcc和 R1对电池连续进行测量 当检测到电池电压充电到 4 2V 时 这个电压随不同 ic 而异 ic 内的过充电检测电路将检测到的这个信号并将它转换 成一系列的电平信号 其中的一个低电平信号传送到 ic 的输出端 CO 促使 MOS2关断 从而终止充电 放电状态 放电时 放电电流从电池正极 B P 负载 手机 P MOS2 MOS1 B 在放电的同时 ic 内的过放检测电路连续测量电池两端的电压 当电池电压随着用电 时间的加长而下降到 2 3V 时 这个电压值随不同的 ic 而异 该检测电路输出信号 使输出端 DO 为低电平 从而使 MOS1关断 终止电池放电 在某种特殊情况下 如果电池放电时 电流大于某一额定值 ic 内的过电流检测器会输出 一个低电平信号到 DO 端 使 MOS1在 5 15ms 的时间内关断 这个值随不同的电流和不同 的 MOS 管内阻而异 在极端情况下 P P 端发生短路 则 ic 内部的短路检测电路 将会检测到这个信号 并将这个信号转换成低电平 输出到 DO 端 从而使 MOS1在 10 50us 的时间内关闭 从 而切断电路 11 ic 的功耗是怎么回事 怎样测量 的功耗是怎么回事 怎样测量 答 ic 是一个完整的电子线路 它在工作时要消耗掉一部份电能 当电池块在手机中工作 时 ic 将从锂电池中以吸取电能 可见 要求 ic 的功耗越小越好 ic 的功耗是用消耗的电流来度量的 一般这个电流值在 3 6uA 之间 由电原理图可见 ic 通过电阻 R1 从电池中吸取电流 因此只要测量出 R1两端的电 压降 V1 根据欧姆定律可算得 ic 的功耗 电流值为 I V1 R1 12 一般的电池块有 一般的电池块有四个输出端四个输出端 四个弹簧片接点 四个弹簧片接点 能介绍一下各自的功能吗 能介绍一下各自的功能吗 7 答 一般的电池块外露有四个簧片接点 其中两点是 P P 另外两点各有不同 见下图 识别 电阻 识别电阻 电池块 电池块 IO 上左图中 NTC 是接热敏电阻的端点 该电阻紧贴锂电池 便于检测电池温度 另 一点是接识别电阻的端点 IR 在高档一些的手机中 识别器件是一个 ROM 片 2502 或其 它 见图中虚线所示 上右图中与左图类似 仅少了一个热敏电阻 NTC 13 锂电池的保护 锂电池的保护 PCB 板有互换性吗 板有互换性吗 答 答案是否定的 主要原因是 1 不同的锂电生产厂生产的锂电的性能不一 从而所选用的 ic 也不一样 主要指过 充电检测电压 2 采用不同的 MOS 管由于其内阻不一 所以根据工作电流应选用不同的 ic 3 识别电阻不一样 14 保护电路的 保护电路的发展方向发展方向怎样 怎样 答 一 向更小型化发展 1 MOS 和 ic 封装在一起称 MCP MuIti chip package DO CO 2 MOS ic 电阻 电容全部封装在一起称 COB Chip On Board PA1855 9 R C元件 ic 印制板 绝缘胶封装 MOS 二 二次保护电路 在实际使用锂电池保护电路中 人们发现 由于某些电子元器件的失效 导致整个保 护电路失效 从而给锂电池的安全使用带来一些隐患 为此 人们在原来保护电路的基础上 又加了一重保护电路 这种保护电路称二次保 护电路 而把原来的保护电路称为一次保护电路 二次保护电路主要有以下两种方案 A 用二套 ic 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 7 May 2001 Sheet of File D 2 SCHDrawn By R1 510R R2 1K C1 0 1uF P P U3 B B C2 0 1uF R3 510R U4 VCC VSS DOCOVM U1 S 8241AAAMC GAA T2 VCC VSS DOCOVM U2 S 8241AACMC GAC T2 R4 1K B 用电压检测器和特殊熔断丝组成二次保护电路 10 电压检测 保险丝 以上是一节锂电池保护电路的基本概念 2 3 4 节的锂电池保护电路与此类似 见下图 11 谢谢 D ZHANGZ 1 LPB LPB01 LPB01 SCH LPB01 Schematic diagram L LB B C CO O L LT TD D Scale QuantityMatierialType Pages No Approved Check Drawing Design Mark NumSign Date Date Date Date DateFile No SENS 1 DO 2 CO 3 VM 4 Vss 5 ICT 6 VC 7 Vcc 8 U1 S8232 1 2 3 45 6 7 8 U2 TPC8204 P P R1 1K BAT1 BAT1 AND BAT2 BAT2 R21K C1 0 22uF C2 0 22uF C4 0 1uF R3 1K R4 1K R5 1M S1 S2 G1 G2 D1 D2 D1 D2 12 D ZHANGZ 1 LPB LPB01 LPB01 SCH LPB01 Schematic diagram L LB B C CO O L LT TD D Scale QuantityMatierialType Pages No Approved Check Drawing Design Mark NumSign Date Date Date Date DateFile No SENS 1 DO 2 CO 3 VM 4 Vss 5 ICT 6 VC 7 Vcc 8 U1 S8232 1 2 3 45 6 7 8 U2 TPC8204 P P R1 1K BAT1 BAT1 AND BAT2 BAT2 R21K C1 0 22uF C2 0 22uF C4 0 1uF R3 1K R4 1K R5 1M S1 S2 G1 G2 D1 D2 D1 D2 1 2 3 45 6 7 8 U2CEM9424 1 2 3 45 6 7 8 U3 CEM9424 B1 B1 2 B2 3 GND P Q1 BC847ALT1 R1 100R R2 100R R3100R R5 100R R6100R R11 1MR R9 1MR C1 C2 C3 C5 0 1uF C6 0 1uF C7 0 001uF C8 0 1uF R10 1MR P R121MR R131MR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 OV N C 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 N C N C N C N C N C CS DCGH CDC COL COV GNDSEL CON V1 V2 V3 V4 VCC U1 MM1414 C1 C3 0 1uF 13 1 2 3 45 6 7 8 U2 CEM9424 1 2 3 45 6 7 8 U3 CEM9424 B1 B1 2 B2 3 B3 4 GND P U4 BC847ALT