锂在元素周期表上第3位,外层电子1个,容易失去形成稳定结构,所以是非常活泼的一种金属。而锂离子电池具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等被人们广泛使用,锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电、短路,否则将会使电池**、**等致命缺点,所以,在使用可充锂电池都会带有一块保护板来保护电芯的安全。
元素周期表。jpg (106.49 kb)
保护板有两个核心部件:一块保护ic,它是由精确的比较器来获得可靠的保护参数;另外是mosfet串在主充放电回路中担当高速开关,执行保护动作。电路原理图如下:
保护板电原理图。jpg (24.12 kb)
1、下面介绍保护ic个引脚功能:vdd是ic电源正极,vss是电源负极,v-是过流/短路检测端,dout是放电保护执行端,cout是充电保护执行端。
2、保护板端口说明:b+、b-分别是接电芯正极、负极;p+、p-分别是保护板输出的正极、负极;t为温度电阻(ntc)端口,一般需要与用电器的mcu配合产生保护动作,后面会介绍,这个端口有时也标为id,意即身份识别端口,这时,图上的r3一般为固定阻值的电阻,让用电器的cpu辨别是否为指定的电池。
保护板工作过程:
1、激活保护板的方法:当保护板p+、p-没有输出处于保护状态,可以短路b-、p-来激活保护板,这时,dout、cout均会处于低电平(保护ic此两端口是高电平保护,低电平常态)状态打开两个mos开关。
元件说明。jpg (50.9 kb)
2、充电:p+、p-分别接充电器的正负极,充电电流经过两个mos对电芯进行充电。这时,ic的vdd、vss既是电源端,也是电芯电压检测端(经r1)。
随着充电的进行,电芯电压逐渐升高,当升高到保护ic门限电压(一般是4.30v,通常称为过充保护电压)时,cout随即输出高电平将对应那个mos关断,充电回路也被断开。过充保护后,电芯电压会下降,当下降到ic门限电压(一般为4.
10v,通常称为过充保护恢复电压)时,cout恢复低电平状态打开mos开关。
3、放电:同样,在电池放电时,ic的vdd、vss也会对电芯电压检测,当电芯电压下降到ic门限电压(一般是2.40v,通常称为过放保护电压)时,dout随即输出高电平将对应那个mos关断,放电回路被断开。
过放保护后,电芯电压会上升,当上升到ic门限电压(一般为3.00v,通常称为过放保护恢复电压)时,dout恢复低电平状态打开mos开关。
输出端子。jpg (39.7 kb)
4、过流、短路:当放电过程中主回路电流大时(具体多少要参考保护板设计参数),由于mos饱和导通也存在内阻,所以电流在流经b-、p-之间时mos两端会产生压降,保护ic的v-和vss(经过r2)会随时检测mos两端的电压,当电压上升到ic保护门限(一般为0.15v,称为放电过流检测电压)时,dout马上输出高电平将对应那个mos关断,放电回路被断开。
看到这里,大概有同学已经悟出,如果选用导通内阻低的mos或者放电过流检测电压高的ic,是不是可以获得大的输出电流?答案是肯定的,但是也要考虑选用的mos的功率和电芯的容量!
5、ntc(t端口)的作用:当电池工作时,没有发生过充、过放或过流、短路等情况,而是由于工作时间太长,导致电芯温度上升(比如平常我们在用手机煲**粥)很快。而ntc电阻紧贴电芯监测电芯温度,随着温度上升ntc阻值逐渐下降,用电器cpu发现了这个变化,当阻值下降到cpu设定值时,cpu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,达到保护电池的目的。
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