鋰電池過充電、過放電、過流及短路保護電路原理介紹

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的導通阻抗很小，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自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管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自帶的體二極管VD1的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。
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，電池生產廠家規定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的導通阻抗，會在其兩端產生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2,RDS為單個MOSFET導通阻抗，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的導通阻抗，當MOSFET導通阻抗越大時，對同樣的控制IC，其過電流保護值越小。
5、短路保護
電池在對負載放電過程中，若迴路電流大到使U>0.9V(該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值)時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉變為零電壓，使V1由導通轉為關斷，從而切斷放電迴路，起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短，通常小於7微秒。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣。