锂离子电池保护电路基本知识

锂离子电池保护电路

1．什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ic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。

3．Ic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：

V DD：1。IC芯片电源输入端。

2．锂电池电压采样点。

V SS：1。IC芯片测量电路基准参考点。

2．锂电池负极和IC连接点。

D O：IC对放电MOS管的输出控制端

C O：IC对充电MOS管的输出控制端

V M：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？

答：1）过充电检测电压：V CU 4.275±25mv （4.25 4.275 4.30）2）过充电恢复电压：V CL 4.175±30mv （4.145 4.175 4.205）

3) 过放电检测电压：V DL 2.3±80mv (2.22 2.3 2.38 ）

4) 过放电恢复电压：V DU 2.4±0.1mv (2.3 2.4 2.5 )

5) 过电流检测电压：VIOV10.1±30mv (0.07V 0.1 0.13V)

VIOV20.5±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：T short 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PCB板上，除了保护ic外，还需要哪些元件，才能组成一个完整的保护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？

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

用下图简单说明。

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MOS FET的内阻是多少、多少，到底什么是MOS FET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10~30mΩ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，MOS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：V DSS 20V

2）漏栅极耐压值：V DGR20V

3）栅源极耐压值：V GSS 12V

4）漏极最大电流I D DC 6A

Polse 24A

5）漏源极内阻R DS VGS 2V I D 3A 22mΩ——45mΩ

VGS 2.5V I D 3A 19mΩ——30mΩ

VGS 4V I D 3A 16mΩ——20mΩ

10．你能较完整地介绍一下保护PCB的工作原理吗？

答：保护PCB的完整电原理图如下：

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+→ MOS 1→MOS 2→P-。

在充电的同时，ic 通过V cc 和R 1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

V CU V CL V DU (2.4V)

V DL (2.3V)

保护IC 工作时序图

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？

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。

12．一般的电池块有四个输出端（四个弹簧片接点），能介绍一下各自的功能吗？

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：

13．锂电池的保护PCB板有互换性吗？

答：答案是否定的，主要原因是：