电池保护IC参数及工作原理介绍PPT
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由于锂电池的体积密度、能量密度高,并有高达4.2V的单节电池电压,因此在手机、PDA 和数码相机等便携式电子产品中获得了广泛的应用。
为了确保使用的安全性,锂电池在应用中必须有相应的电池管理电路来防止电池的过充电、过放电和过电流。
锂电池保护IC超小的封装和很少的外部器件需求使它在单节锂电池保护电路的设计中被广泛采用。
然而,目前无论是正向(独立开发)还是反向(模仿开发)设计的国产锂电池保护IC由于技术、工艺的原因,实际参数通常都与标准参数有较大差别,在正向设计的IC中尤为突出,因此,测试锂电池保护IC的实际工作参数已经成为必要。
目前市场上已经出现了专用的锂电池保护板测试仪,但价格普遍偏高,并且测试时必须先将IC焊接在电路板上。
因此,本文中设计了一个简单的测试电路,借助普通的电子仪器就可以完成对锂电池保护IC的测试。
锂电池保护IC的工作原理单节锂电池保护IC的应用电路很简单,只需外接2个电阻、2个电容和2个MOSFET,其典型应用电路如图1所示。
图1 锂电池保护IC的典型应用电路锂电池保护IC测试电路设计图2 锂电池保护IC测试电路根据锂电池保护IC的工作原理设计的测试电路如图2所示,图3详细说明了图2中模块B的电路。
模块A在测试过流保护时为CS引脚提供电压,模拟图1中的CS引脚所探测到的电压。
调整模块中的可变电位器可为CS引脚提供可变电源,控制其中的跳变开关可为CS提供突变电压。
模块B为电源,模拟为IC提供工作电压。
调整电路中的可变电位器R7可为整个电路提供一个可变电压,在测试过充电保护电压和过放电保护电压时使用。
控制模块中的开关S1的闭合为测试电路提供一个跳变电源,在测试IC的过充、过放和过流延迟时使用。
跳线端口P1、P2在测试IC工作电流时使用,在测试其他参数时将开关S2导通即可。
测试IC工作电流时,将电流表接在P1、P2上,将开关S2断开。
模块C是用2个MOSFET 做成的微电流源,在测试OD、OC输出高、低电平时向该引脚吸、灌电流,只要MOSFET 选择恰当,可以满足测试需要。
锂电池保护板根据使用IC,电压等不同而电路及参数有所不同,常用的保护IC有8261,DW01+,CS213,GEM5018等,其中精工的8261系列精度更好,当然价钱也更贵。
后面几种都是台湾出的,国内次级市场基本都用DW01+和CS213了,下面以DW01+ 配MOS管8205A (8pin)进行讲解:锂电池保护板其正常工作过程为:当电芯电压在2.5V至4.3V之间时,DW01 的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压),第二脚电压为0V。
此时DW01 的第1脚、第3脚电压将分别加到8205A的第5、4脚,8205A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01 的电压,故均处于导通状态,即两个电子开关均处于开状态。
此时电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通,保护板有电压输出。
2.保护板过放电保护控制原理:当电芯通过外接的负载进行放电时,电芯的电压将慢慢降低,同时DW01 内部将通过R1电阻实时监测电芯电压,当电芯电压下降到约2.3V时DW01 将认为电芯电压已处于过放电电压状态,便立即断开第1脚的输出电压,使第1脚电压变为0V,8205A内的开关管因第5脚无电压而关闭。
此时电芯的B-与保护板的P-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。
保护板处于过放电状态并一直保持。
等到保护板的P 与P-间接上充电电压后,DW01 经B-检测到充电电压后便立即停止过放电状态,重新在第1脚输出高电压,使8205A内的过放电控制管导通,即电芯的B-与保护板的P-又重新接上,电芯经充电器直接充电。
3.保护板过充电保护控制原理:当电池通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯的电压将越来越高,当电芯电压升高到4.4V时,DW01 将认为电芯电压已处于过充电电压状态,便立即断开第3脚的输出电压,使第3脚电压变为0V,8205A内的开关管因第4脚无电压而关闭。
此时电芯的B-与保护板的P-之间处于断开状态。
充电电池保护IC的实现原理充电电池使用过程中,过充电、过放电和过电流是影响电池使用寿命和性能主要因素,充电电池保护IC通过保护环路有效监测并防止对电池产生损害。
本文将详细阐述保护IC实现原理以及此类IC发展趋势。
近年来,由于锂离子充电电池符合便携式电子产品在小型、重量轻及使用时间长方面要求,因而从移动电话和PDA等为代表便携式电子产品,到笔记本计算机、VTR等都开始大量采用锂离子充电电池。
然而,另一方面,锂离子充电电池需要过充和过放等保护,所以通常在电池包里必须放置保护回路。
本文将介绍锂离子充电电池保护用IC所产生作用,以及此类产品未来发展趋势。
锂离子充电电池保护IC功能在锂离子充电电池使用过程中,可能会由于使用者错误使用而造成过充,产生电池温度上升;其次,由于电解液分解而产生瓦斯,使其内部压力上升,以及金属锂等释出而造成有起火及破裂危险。
相反,在放电时,如果产生过放将会分解电解液,使得电池特性产生劣化。
为了避免过充及过放所产生安全性问题,并防止电池特性劣化,在锂离子电池包中采用了保护回路,如图1所示。
基本上,该保护回路由两个FET和专用IC(以下称为保护IC)构成。
保护IC负责监测电池电压,并控制两个FET栅极,而FET分别实现过充和过放控制功能。
a. 锂离子充电电池保护用IC基本功能关于锂离子充电电池保护,必须具有以下3个保护功能。
1. 过充监测 防止电池特性劣化、起火及破裂,确保安全性。
2. 过放监测 防止电池特性劣化,确保电池使用寿命。
3. 过电流监测 防止FET破坏,短路保护及确保搬运时安全性。
采用保护回路来实现以上三种保护功能,提高电池包安全性和可靠性。
b. 通常状态在通常状态下可以自由充放电,因此控制用FET都为接通状态。
为了有效地利用放电电流及充电电流,在FET里采用了小接通阻抗功率MOS管。
c. 过充电保护过充保护功能是指在达到某个电压(以下称为过充电检测电压)时,禁止由充电器继续充电。