3.7V锂电池保护板 单节锂电池保护电路原理解析2021-05-15 08:11
单节锂电池充放电保护电路的具体组成方案较多，但工作原理相差不大，下面以在手机中用得较多的一种电路为例进行分析，供参考。
1．单节锂电池保护电路
单节锂电池充放电保护电路的具体组成方案较多，但工作原理相差不大，下面以在手机中用得较多的一种电路为例进行分析，供参考。
该电路的控制芯片为DW01（或312F），MOS开关管为8205A，如图6所示，B＋、B-分别是接电芯的正、负极；P＋、P-分别是保护板输出的正、负极；T为温度电阻（NTC）端口，一般需要与用电器的CPU配合才能进行保护控制。
DWO1或312F是一款锂电池保护芯片，内置有高精确度的电压检测与时间延迟电路，主要参数如下：过充检测电压为3V，过充释放电压为4.05V；过放检测电压为2.5V，过放释放电压为3.0V；过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V；DW01允许电池输出的最大电流是3.3A。该芯片的引脚功能见表1。
当电芯电压在2.5V～4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平（等于供电电压），②脚电压为0V。此时8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状态，由于8205A的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此时电芯的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下：B＋→P＋→负载。P-→8205A的②、③脚→8205A的①脚→8205A的⑧脚→8205A的⑥、⑦脚→B-。
【提示】在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小（数十毫欧姆），相当于开关闭合；当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大（几兆欧姆），相当于开关断开。
（2）过放电保护
当电芯通过外接的负载进行放电时，电芯两端的电压将慢慢降低，同时DW01内部将通过电阻R1实时监测电芯电压，当电芯电压下降到2.3V（通常称为过放保护电压）时，DWO1认为电芯已处于过放电状态，其①脚电压变为0，8205A内Q1截止，此时电芯的B-与-之间处于断开状态，即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。
进入过放电保护状态后，电芯电压会上升，若能上升到IC的门限电压（一般为3.1V，通常称为过放保护恢复电压），DW0的①脚恢复输出高电平，8205A内的Q1再次导通。
（3）电池充电
无论保护电路是否进入过放电状态，只要给保护电路的P＋与P-端间加上充电电压，DW0经B一端检测到充电电压后，便立即从③脚输出高电平，8205A内的Q2导通，即电芯的B-保护电路的P-通，充电器对电芯充电，其电流回路如下：充电器正极→p＋→B＋→B-、8205A的⑥、⑦脚→8205A的⑧脚→8205A的①脚→8205A的②、③脚→P-→充电器负极。
（4）过充电保护
充电时，当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯两端的电压将逐渐升高，当电芯电压升高到4.4V（通常称为过充保护电压）时，DW01将判断电芯已处于过充电状态，便立即使③脚电压降为0V，8205A内的Q2因④脚为低电平而截止，此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即电芯的充电回路被切断，停止充电。
当保护电路的P＋与P-端接上放电负载后，虽然Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两端电压低于4.3V（通常称为过充保护恢复电压）时，DW01将退出过充电保护状态，③脚重新输出高电平，Q2导通，即电芯的B-端与保护电路P-端又重新接上，电芯又能进行正常的充放电。
（5）过流保护
由于MOs开关管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时MOs开关管的D、S极间就会产生压降，保护控制IC会实时检测MOs开关管D、S极的电压，当电压升到IC保护门限值（一般为0.15V，称为放电过流检测电压）时，其放电保护执行端马上输出低电平，放电控制MOs开关管关断，放电回路被断开。
在图7中，DW01通过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOs开关管上的压降。当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大，当该压降达到0.2V时，DWO1便判断负载电流到达了极限值，于是其①脚电压降为0V，8205A内部的放电控制管Q1关闭，切断电芯的放电回路。实现过电流保护。
（6）过温保护
保护板上的T端口为过温保护端，与用电器的CPU相连。常见的过温保护电路较简单，就是在T端与P-端接一只NTC电阻（见图7中的R4），该电阻紧贴电芯安装。当用电器长时间处于大功率工作状态时（如手机长时间处于通话状态），电芯温度会上升，则NTC阻值会逐渐下降，用电器的CPU对NTC阻值进行检测，当阻值下降到CPU设定阈值时，CPU立即发出关机指令，让电池停止对其供电，只维持很小的待机电流，从而达到保护电池的目的。
【提示】当保护板处于保护状态时，可以短接B-、P-端来激活保护板，这时控制芯片的充、放电保护执行端（OC、OD）均会输出高电平，让MOs开关管导通。
1．单节锂电池保护电路
单节锂电池充放电保护电路的具体组成方案较多，但工作原理相差不大，下面以在手机中用得较多的一种电路为例进行分析，供参考。
该电路的控制芯片为DW01（或312F），MOS开关管为8205A，如图6所示，B＋、B-分别是接电芯的正、负极；P＋、P-分别是保护板输出的正、负极；T为温度电阻（NTC）端口，一般需要与用电器的CPU配合才能进行保护控制。
DWO1或312F是一款锂电池保护芯片，内置有高精确度的电压检测与时间延迟电路，主要参数如下：过充检测电压为3V，过充释放电压为4.05V；过放检测电压为2.5V，过放释放电压为3.0V；过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V；DW01允许电池输出的最大电流是3.3A。该芯片的引脚功能见表1。
当电芯电压在2.5V～4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平（等于供电电压），②脚电压为0V。此时8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状态，由于8205A的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此时电芯的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下：B＋→P＋→负载。P-→8205A的②、③脚→8205A的①脚→8205A的⑧脚→8205A的⑥、⑦脚→B-。
【提示】在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小（数十毫欧姆），相当于开关闭合；当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大（几兆欧姆），相当于开关断开。
（2）过放电保护
当电芯通过外接的负载进行放电时，电芯两端的电压将慢慢降低，同时DW01内部将通过电阻R1实时监测电芯电压，当电芯电压下降到2.3V（通常称为过放保护电压）时，DWO1认为电芯已处于过放电状态，其①脚电压变为0，8205A内Q1截止，此时电芯的B-与-之间处于断开状态，即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。
进入过放电保护状态后，电芯电压会上升，若能上升到IC的门限电压（一般为3.1V，通常称为过放保护恢复电压），DW0的①脚恢复输出高电平，8205A内的Q1再次导通。
（3）电池充电
无论保护电路是否进入过放电状态，只要给保护电路的P＋与P-端间加上充电电压，DW0经B一端检测到充电电压后，便立即从③脚输出高电平，8205A内的Q2导通，即电芯的B-保护电路的P-通，充电器对电芯充电，其电流回路如下：充电器正极→p＋→B＋→B-、8205A的⑥、⑦脚→8205A的⑧脚→8205A的①脚→8205A的②、③脚→P-→充电器负极。
（4）过充电保护
充电时，当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯两端的电压将逐渐升高，当电芯电压升高到4.4V（通常称为过充保护电压）时，DW01将判断电芯已处于过充电状态，便立即使③脚电压降为0V，8205A内的Q2因④脚为低电平而截止，此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即电芯的充电回路被切断，停止充电。
当保护电路的P＋与P-端接上放电负载后，虽然Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两端电压低于4.3V（通常称为过充保护恢复电压）时，DW01将退出过充电保护状态，③脚重新输出高电平，Q2导通，即电芯的B-端与保护电路P-端又重新接上，电芯又能进行正常的充放电。
（5）过流保护
由于MOs开关管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时MOs开关管的D、S极间就会产生压降，保护控制IC会实时检测MOs开关管D、S极的电压，当电压升到IC保护门限值（一般为0.15V，称为放电过流检测电压）时，其放电保护执行端马上输出低电平，放电控制MOs开关管关断，放电回路被断开。
在图7中，DW01通过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOs开关管上的压降。当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大，当该压降达到0.2V时，DWO1便判断负载电流到达了极限值，于是其①脚电压降为0V，8205A内部的放电控制管Q1关闭，切断电芯的放电回路。实现过电流保护。
（6）过温保护
保护板上的T端口为过温保护端，与用电器的CPU相连。常见的过温保护电路较简单，就是在T端与P-端接一只NTC电阻（见图7中的R4），该电阻紧贴电芯安装。当用电器长时间处于大功率工作状态时（如手机长时间处于通话状态），电芯温度会上升，则NTC阻值会逐渐下降，用电器的CPU对NTC阻值进行检测，当阻值下降到CPU设定阈值时，CPU立即发出关机指令，让电池停止对其供电，只维持很小的待机电流，从而达到保护电池的目的。
【提示】当保护板处于保护状态时，可以短接B-、P-端来激活保护板，这时控制芯片的充、放电保护执行端（OC、OD）均会输出高电平，让MOs开关管导通。
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