鋰電池過充電,過放電,過流及短路保護電路

admin @ 2014-03-16 , reply:0

鋰電池過充電,過放電,過流及短路保護電路

下圖為一個典型的鋰離子電池保護電路原理圖。該保護迴路由兩個MOSFET(V1、V2)和一個控制IC(N1)外加一些阻容元件構成。控制IC負責監測電池電壓與迴路電流,並控制兩個MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關作用,分別控制著充電迴路與放電迴路的導通與關斷,C3為延時電容,該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能.



鋰電池保護工作原理:
1、正常狀態
在正常狀態下電路中N1的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓,兩個MOSFET都處於導通狀態,電池可以自由地進行充電和放電,由於MOSFET的導通阻貳很小,通常小於30毫歐,因此其導通電阻對電路的性能影響很小。
此狀態下保護電路的消耗電流為μA級,通常小於7μA。
2、過充電保護
鋰離子電池要求的充電方式為恆流/恆壓,在充電初期,為恆流充電,隨著充電過程,電壓會上升到4.2V(根據正極材料不同,有的電池要求恆壓值為4.1V),轉為恆壓充電,直至電流越來越小。
電池在被充電過程中,如果充電器電路失去控制,會使電池電壓超過4.2V後繼續恆流充電,此時電池電壓仍會繼續上升,當電池電壓被充電至超過4.3V時,電池的化學副反應將加劇,會導致電池損壞或出現安全問題。
在帶有保護電路的電池中,當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“CO”腳將由高電壓轉變為零電壓,使V2由導通轉為關斷,從而切斷了充電迴路,使充電器無法再對電池進行充電,起到過充電保護作用。而此時由於V2自帶的體二極體VD2的存在,電池可以通過該二極體對外部負載進行放電。
在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發出關斷V2信號之間,還有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設為1秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。
3、過放電保護
電池在對外部負載放電過程中,其電壓會隨著放電過程逐漸降低,當電池電壓降至2.5V時,其容量已被完全放光,此時如果讓電池繼續對負載放電,將造成電池的永久性損壞。
在電池放電過程中,當控制IC檢測到電池電壓低於2.3V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓,使V1由導通轉為關斷,從而切斷了放電迴路,使電池無法再對負載進行放電,起到過放電保護作用。而此時由於V1自帶的體二極體VD1的存在,充電器可以通過該二極體對電池進行充電。
由於在過放電保護狀態下電池電壓不能再降低,因此要求保護電路的消耗電流極小,此時控制IC會進入低功耗狀態,整個保護電路耗電會小於0.1μA。
在控制IC檢測到電池電壓低於2.3V至發出關斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常設為100毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。
4、過電流保護
由於鋰離子電池的化學特性,電池生產廠家規疾了其放電電流最大不能超過2C(C=電池容量/小時),當電池超過2C電流放電時,將會導致電池的永久性損壞或出現安全問題。
電池在對負載正常放電過程中,放電電流在經過串聯的2個MOSFET時,由於MOSFET的導通阻貳,會在其兩端產生一個電壓,該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導通阻貳,控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測,若負載因某種原因導致異常,使迴路電流增大,當迴路電流大到使U>0.1V(該值由控制IC決定,不同的IC有不同的值)時,其“DO”腳將由高電壓轉變為零電壓,使V1由導通轉為關斷,從而切斷了放電迴路,使迴路中電流為零,起到過電流保護作用。
在控制IC檢測到過電流發生至發出關斷V1信號之間,也有一段延時時間,該延時時間的長短由C3決定,通常為13毫秒左右,以避免因干擾而造成誤判斷。
在上述控制過程中可知,其過電流檢測值大小不僅取決於控制IC的控制值,還取決於MOSFET的導通阻貳,當MOSFET導通阻貳越大時,對同樣的控制IC,其過電流保護值越小。
5、短路保護



[admin via 研發互助社區 ] 鋰電池過充電,過放電,過流及短路保護電路已經有13886次圍觀

http://cocdig.com/docs/show-post-15251.html