锂离子电池保护电路基本知识

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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：


过电流

过充电
检测短 路检
其各个端口的功能简述如下：
V
DD
压检测
测
过放电
V
DD
：1。IC芯片电源输入端。
压检测
2．锂电池电压采样点。
V
SS
：1。IC芯片测量电路基准参考点。
V
M
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。
延时电

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（4.254.2754.30）
2）过充电恢 复电压：V
CL
4.175±30mv（4.1454.1754.205）
3)过放电检测电压：V
DL
2.3±80mv(2.222.32.38）
4)过放电恢复电压：V
DU
2.4±0.1mv(2.32.42.5)
5)过电流检测电压：VIOV
1
0.1±30mv(0.07V0.10.13V)
VIOV
2
0.5±0.1mv(0.40.50.6)
6)短路检测电压：VSHORT-1.3V(-1.7-1.3-0.6)
V
SS
7)过充电检测延时：tcu1s（0.512）
8)过放电检测延时：tdl125ms（62.5125250）
DC
O
9)过流延时：TioV18ms（4816）
O
TioV22ms（124）
10）短路延时：Tshort10us（1050us）
11）正常功耗：10PE3uA（136uA）
12）静电功耗：1PDN0.1uA
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？

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答：场效应管也称MOSFET，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
MOSFET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：
另一种封装较薄,称TSSOP-8。
其内部接法如下：
7． MOSFET在电路中起什么作用？它是怎样工作的？
答：MOSFET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。
简言之，MOSFET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MOSFET的内阻是多少、多少，到底什么是MOSFET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MOSFET的内阻，
一般这个电 阻很小，都在10~30mΩ之间。可见，电流通过MOSFET，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MOSFET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
DGR
20V
3）栅源极耐压值：V
GSS
12V
4）漏极最大电流I
D
DC6A
Polse24A
5）漏源极内阻R
DS
VGS2VI
D
3A22mΩ——45mΩ
VGS2.5VI
D
3A19mΩ——30mΩ
VGS4VI
D
3A16mΩ——20mΩ
电池电压
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：

1S
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：
V
CU
(4.275V)
充电时，充电电流由P+进入→B+→MOS
1
→MOS
2
→P-。
V
CL
(4.175V)
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
充电器接入
过
电压随不同ic而异），ic
充
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
过放电状态
电
信号，其中的一个低电平信号传送到ic的输 出端CO，促使MOS
2
关断，从而终止充电。
状
态
放电状态：
放电时，放电电流从电池正极B+→P+→负载（手机）→P-→MOS
2
→MOS< br>1
→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，
V
DU
(2.4V)
从而使MOS
1
关断，终止电池放电。
V
DL
(2.3V)
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MOS
1
在5~15 ms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
125ms
T
个信号转换成低电平，输出到DO端，从而使MOS
1
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
IC休眠状态

IC工作状态
（3UA）
（0.1UA）

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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R
1
两端的电压降V
1
，
根据欧姆定律可算得ic的功耗，电流值为I=V
1
R
1
。
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：
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PCB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．保护电路的发展方向怎样？
答：一。向更小型化发展。
1．MOS和ic封装在一起称MCP（MuItichippackage）
2．MOS、ic、电阻、电容全部封装在一起称COB（ChipOnBoard）
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
B． 用电压检测器和特殊熔断丝组成二次保护电路。
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。

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