锂电池保护板的基础知识普及

1 7 第一章第一章 保护板的构成和主要作用保护板的构成和主要作用 一 保护板的构成 锂电池 可充型 之所以需要保护 是由它本身特性决定的 由于锂电池本身的材料 决定了它不能被过充 过放 过流 短路及超高温充放电 因此锂电池锂电组件总会跟着 一块精致的保护板和一片电流保险器出现 锂电池的保护功能通常由保护电路板和 PTC 协 同完成 保护板是由电子电路组成 在 40 至 85 的环境下时刻准确的监视电芯的电压 和充放回路的电流 即时控制电流回路的通断 PTC 在高温环境下防止电池发生恶劣的损 坏 保护板通常包括控制 IC MOS 开关 电阻 电容及辅助器件 NTC ID 存储器等 其中 控制 IC 在一切正常的情况下控制 MOS 开关导通 使电芯与外电路沟通 而当电芯电压或 回路电流超过规定值时 它立刻 数十毫秒 控制 MOS 开关关断 保护电芯的安全 NTC 是 Negative temperaturecoefficient 的缩写 意即负温度系数 在环境温度升高时 其阻值 降低 使用电设备或充电设备及时反应 控制内部中断而停止充放电 ID 存储器常为单线 接口存储器 ID 是 Identification 的缩写即身份识别的意思 存储电池种类 生产日期等信 息 可起到产品的可追溯和应用的限制 2 7 二 保护板的主要作用二 保护板的主要作用 一般要求在 25 85 时 Control IC 检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流 电 压 在一切正常情况下 C MOS 开关管导通 使电芯与保护电路板处于正常工作状态 而当 电芯电压或回路中的工作电流超过控制 IC 中比较电路预设值时 在 15 30ms 内 不同控 制 IC 与 C MOS 有不同的响应时间 将 CMOS 关断 即关闭电芯放电或充电回路 以保 证使用者与电芯的安全 第二章 保护板的工作原理 保护板的工作原理图 如图中 IC 由电芯供电 电压在 2v 5v 均能保证可靠工作 1 过充保护及过充保护恢复 当电池被充电使电压超过设定值 VC 4 25 4 35V 具体过充保护电压取决于 IC 后 VD1 翻转使 Cout 变为低电平 T1 截止 充电停止 当电池电压回落至 VCR 3 8 4 1V 具体过充保 护恢复电压取决于 IC 时 Cout 变为高电平 T1 导通充电继续 VCR 必须小于 VC 一个定值 以防止频繁跳变 2 过放保护及过放保护恢复 当电池电压因放电而降低至设定值 VD 2 3 2 5V 具体过充保护电压取决于 IC 时 VD2 翻转 以短时间延时后 使 Dout 变为低电平 T2 截止 放电停止 当电池被置于充 电时 内部或门被翻转而使 T2 再次导通为下次放电作好准备 3 过流 短路保护 当电路充放回路电流超过设定值或被短路时 短路检测电路动作 使 MOS 管关断 电 流截止 3 7 第三章第三章 保护板主要零件的功能介绍保护板主要零件的功能介绍 R1 基准供电电阻 与 IC 内部电阻构成分压电路 控制内部过充 过放电压比较器的 电平翻转 一般在阻值为 330 470 比较多 当封装形式 即用标准元件的长和宽来表 示元件大小 如 0402 封装标识此元件的长和宽分别为 1 0mm 和 0 5mm 较大时 会用数 字标识其阻值 如贴片电阻上数字标识 473 即表示其阻值为 47000 即 47K 第三位 数表示在前两位后面加 0 的位数 R2 过流 短路检测电阻 通过检测 VM 端电压控制 保护板的电流 焊接不良 损坏会造成电池过流 短路无保护 一般阻值为 1K 2K 较多 R3 ID 识别电阻或 NTC 电阻 前面有介绍 或两者都有 总结 电阻 在保护板中为黑色贴片 用万用表可测其阻值 当封装较大时其阻值会用数字表示 表示 方法如上所述 当然电阻阻值一般都有偏差 每个电阻都有精度规格 如 10K 电阻规格 为 5 精度则其阻值为 9 5K 10 5K 范围内都为合格 C1 C2 由于电容两端电压 不能突变 起瞬间稳压和滤波作用 总结 电容在保护板中为黄色贴片 封装形式 0402 较多 也有少数 0603 封装 1 6mm 长 0 8mm 宽 用万用表检测其阻值一般为无穷大或 M 级别 电容漏电会产生自耗电大 短路无自恢复现象 FUSE 普通 FUSE 或 PTC Positive Temperature Coefficient 的缩写 意 思是正温度系数 防止不安全大电流和高温放电的发生 其中 PTC 有自恢复功能 总结 FUSE 在保护板中一般为白色贴片 LITTE 公司提供 FUSE 会在 FUSE 上标识字符 D T 字符表示意思为 FUSE 能承受的额定电流 如表示 D 额定电流为 0 25A S 为 4A T 为 5A 等 现我司所有较多为额定电流为 5A 的 FUSE 即在本体上标识字符 T U1 控制 IC 保护板所有功能都是 IC 通过监视连接在 VDD VSS 间的电压差及 VM VSS 间的电压差而 控制 C MOS 执行开关动作来实现的 Cout 过充控制端 通过 MOS 管 T2 栅极电压控制 MOS 管的开关 Dout 过放 过流 短路控制端 通过 MOS 管 T1 栅极电压控制 MOS 管的开关 VM 过流 短路保护电压检测端 通过检测 VM 端的电压实现电路的过流 短路保护 U VM I R MOSFET 4 7 总结 IC 在保护板中一般为 6 个管脚的封装形式 其区别管脚的方法为 在封装体上标识 黑点的附近为第 1 管脚 然后逆时针旋转分别为第 2 3 4 5 6 管脚 如封装体上无黑 点标识 则正看封装体上字符左下为第 1 管脚 其余管脚逆时针类推 C MOS 场效应开 关管 保护功能的实现者 连焊 虚焊 假焊 击穿时会造成电池无保护 无显示 输出 电压低等不良现象 总结 CMOS 在保护板中一般为 8 个管脚的封装形式 它时由两个 MOS 管构成 相当于两个开关 分别控制过充保护和过放 过流 短路保护 其管脚区分 方法和 IC 一样 在保护板正常情况下 Vdd 为高电平 Vss VM 为低电平 Dout Cout 为高电平 当 Vdd Vss VM 任何一项参数变换时 Dout 或 Cout 的电平将发生变化 此时 MOSFET 执行 相应的动作 开 关电路 从而实现电路的保护和恢复功能 第四章第四章 保护板主要性能测试方法保护板主要性能测试方法 1 NTC 电阻测试 用万用表直接测量 NTC 电阻值 再与 温度变化与 NTC 阻值对照指导 对比 2 识别电阻测试 用万用表直接测量识别电阻值 再与 保护板重要项目管理表 对比 3 自耗电测试 调恒流源为 3 7V 500mA 万用表设置为 uA 档 表笔插入 uA 接孔 然后与恒流源串联起 来接保护板 B B 如下图所示 此时万用表的读数即为保护板的自耗电 如无读数用镊子 或锡线短接 B P 激活电路 4 短路保护测试 电芯接到保护板 B B 上 用镊子或锡线短接 B P 再短接 P P 短路后用万用表测 保护板开路电压 如下图所示 反复短接 3 5 次 此时万用表读数应与电芯一致 保护 板应无冒烟 爆裂等现象 5 7 如上图所示接好电路 按照重要项目管理表设置好锂易安数据 再按自动按钮 接好后按 红表笔上的按钮进行测试 此时锂易安测试仪的灯应逐次点亮 表示性能 OK 按显示键检 查测试数据 Chg 表示过充保护电压 Dis 表过放保护电压 Ocur 表示过流保 护电流 第五章第五章 保护板常见不良分析保护板常见不良分析 一 无显示 输出电压低 带不起负载 此类不良首先排除电芯不良 电芯本来无电压或电压低 如果电芯不良则应测试保护板 的自耗电 看是否是保护板自耗电过大导致电芯电压低 如果电芯电压正常 则是由于保 护板整个回路不通 元器件虚焊 假焊 FUSE 不良 PCB 板内部电路不通 过孔不通 MOS IC 损坏等 具体分析步骤如下 一 用万用表黑表笔接电芯负极 红表笔依次接 FUSE R1 电阻两端 IC 的 Vdd Dout Cout 端 P 端 假设电芯电压为 3 8V 逐段进行分析 此几个测试点都应为 3 8V 若不是 则此段电路有问题 6 7 1 FUSE 两端电压有变化 测试 FUSE 是否导通 若导通则是 PCB 板内部电路不通 若不导 通则 FUSE 有问题 来料不良 过流损坏 MOS 或 IC 控制失效 材质有问题 在 MOS 或 IC 动作之 前 FUSE 被烧坏 然后用导线短接 FUSE 继续往后分析 2 R1 电阻两端电压有变化 测试 R1 电阻值 若电阻值异常 则可能是虚焊 电阻本身断 裂 若电阻值无异常 则可能是 IC 内部电阻出现问题 3 IC 测试端电压有变化 Vdd 端与 R1 电阻相连 Dout Cout 端异常 则是由于 IC 虚焊或损 坏 4 若前面电压都无变化 测试 B 到 P 间的电压异常 则是由于保护板正极过孔不通 二 万用表红表笔接电芯正极 激活 MOS 管后 黑表笔依次接 MOS 管 2 3 脚 6 7 脚 P 端 1 MOS 管 2 3 脚 6 7 脚电压有变化 则表示 MOS 管异常 2 若 MOS 管电压无变化 P 端电压异常 则是由于保护板负极过孔不通 二 短路无保护 1 VM 端电阻出现问题 可用万用表一表笔接 IC2 脚 一表笔接与 VM 端电阻相连的 MOS 管管脚 确认其电阻值大小 看电阻与 IC MOS 管脚有无虚焊 2 IC MOS 异常 由于过放保护与过流 短路保护共用一个 MOS 管 若短路异常是由于 MOS 出现问 题 则此板应无过放保护功能 3 以上为正常状况下的不良 也可能出现 IC 与 MOS 配置不良引起的短路异常 如前期出 现的 BK 901 其型号为 312D 的 IC 内延迟时间过长 导致在 IC 作出相应动作控制之前 MOS 或其它元器件已被损坏 注 其中确定 IC 或 MOS 是否发生异常最简易 直接的方法就是对有怀疑的元器件进行更 换 三 短路保护无自恢复 1 设计时所用 IC 本来没有自恢复功能 如 G2J G2Z 等 2 仪器设置短路恢复时间过短 或短路测试时未将负载移开 如用万用表电压档进行短路 表笔短接后未将表笔从测试端移开 万用表相当于一个几兆的负载 3 P P 间漏电 如焊盘之间存在带杂质的松香 带杂质的黄胶或 P P 间电容被击穿 IC Vdd 到 Vss 间被击穿 阻值只有几 K 到几百 K 4 如果以上都没问题 可能 IC 被击穿 可测试 IC 各管脚之间阻值 四 内阻大 1 由于 MOS 内阻相对比较稳定 出现内阻大情况 首先怀疑的应该是 FUSE 或 PTC 这些内 阻相对比较容易发生变化的元器件 2 如果 FUSE 或 PTC 阻值正常 则视保护板结构检测 P P 焊盘与元器件面之间的过孔阻 值 可能过孔出现微断现象 阻值较大 3 如果以上多没有问题 就要怀疑 MOS