下圖單電心保護(hù)板原理圖(a)給出了一款具有代表性的手機(jī)電池保護(hù)電路，圖中icl是理光公司的r5402n163kd．ici是控制芯片．vcc、vss供電輸入端，接電心，vcc也是電心電壓采樣：cout是充電過(guò)壓保護(hù)電壓比較器的輸出端，外接充電過(guò)壓保護(hù)開(kāi)關(guān)管n2的c2;dout是放電保護(hù)電壓比較器的輸出端，外接放電保護(hù)開(kāi)關(guān)管nl的g1。
　　
　　ic2內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的開(kāi)通電壓很低的nmos管，為了分析整個(gè)電路的工作原理，將它內(nèi)部的具體電路進(jìn)行了置換，如下圖(b)所示。
　　
　　絕大多數(shù)配有保護(hù)板的電心的正、負(fù)極兩條引線對(duì)外電路來(lái)說(shuō)，電心正極和外電路正極是直接相連的。電心負(fù)極和外電路負(fù)極不直接相連，有兩大類：
　　
　　電心負(fù)極串聯(lián)放電保護(hù)開(kāi)關(guān)再串聯(lián)充電保護(hù)開(kāi)關(guān)．然后才和外電路的負(fù)極相連接，這類為同口（充、放電共口）．即整個(gè)電池包pack對(duì)外只有兩條線．一正一負(fù)。放電和充電都接這里，俗稱“同口”或“共口”，下圖介紹的就是共口。
　　
　　電心負(fù)極在保護(hù)板標(biāo)記為英文battery-，簡(jiǎn)寫(xiě)為“b-”：電心正極在保護(hù)板一般沒(méi)有焊點(diǎn)，如果有，標(biāo)記為英文battery+．簡(jiǎn)寫(xiě)為“b+”。
　　
　　關(guān)于輸出口的負(fù)極，保護(hù)板標(biāo)記為英文power-的簡(jiǎn)寫(xiě)“p-”；輸出口的正極則和電心正極直接相連，用于和負(fù)載的正極相連接。
　　
　　該電路具有過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下：
　　
　　(i)正常狀態(tài)
　　
　　在正常狀態(tài)下電路中ic1的“co”與“do”腳都輸出高電壓，兩個(gè)nmos都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電．由于nmos的導(dǎo)通電阻很小．通常小于30mω．因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μa級(jí)，通常小于7μa。
　　
　　(2)過(guò)充電保護(hù)（過(guò)壓保護(hù)）
　　
　　鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓．在充電初期，為恒流充電，隨著充電過(guò)程．電壓會(huì)上升到4.2v(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1v)．轉(zhuǎn)為恒壓充電，直至電流越來(lái)越小。電池在被充電過(guò)程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過(guò)4.2v后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過(guò)4.3v時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制ici檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.28v（該值由控制lc決定，不同的lc有不同的值）肘，其“co”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筺2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無(wú)法再對(duì)電池進(jìn)行充電，起到過(guò)充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于n2寄生二極管vd2的存在，電池可以通過(guò)該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制ici檢測(cè)到電池電壓超過(guò)4.28v至發(fā)出關(guān)斷n2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由c3決定，通常設(shè)為1秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。
　　
　　(3)短路保護(hù)
　　
　　電池在對(duì)負(fù)載放電過(guò)程中．若回路電流大到使u>0.9v（該值由控制ic1決定，不同的ici有不同的值）時(shí)，控制ic1則判斷為負(fù)載短路，其“do”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筺1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于7μs。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。
　　
　　(4)過(guò)電流保護(hù)
　　
　　由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流 大不能超過(guò)2c．當(dāng)電池超過(guò)2c電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問(wèn)題。電池在對(duì)負(fù)載正常放電過(guò)程中，放電電流在經(jīng)過(guò)串聯(lián)的2個(gè)nmos管時(shí)，由于nmos的導(dǎo)通阻抗．會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓．該電壓值u=lxrdsx2,rds為單個(gè)nmos導(dǎo)通阻抗．控制ic1上的“v-”腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測(cè)。若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓＃够芈冯娏髟龃螅?dāng)回路電流大到使u>o.lv（該值由控制ici決定，不同的ici有不同的值）時(shí)，其“do”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筺l由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷．從而切斷了放電回路，使回路中電流為零．起到過(guò)電流保護(hù)作用。在控制ic1檢測(cè)到過(guò)電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷nl信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由c3決定．通常為13ms左右，以避免因干擾而造成誤判斷。
　　
　　在上述控制過(guò)程中可知，其過(guò)電流檢測(cè)值大小不僅取決于控制ic1的控制值，還取決于nmos的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)nmos導(dǎo)通阻抗越大時(shí)．對(duì)同樣的控制ic1,其過(guò)電流保護(hù)值越小。
　　
　　(5)過(guò)放電保護(hù)（欠壓保護(hù)）
　　
　　電池在對(duì)外部負(fù)載放電過(guò)程中，其電壓會(huì)隨著放電過(guò)程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2.5v時(shí)．其容量巳被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。在電池放電過(guò)程中，當(dāng)控制lc檢測(cè)到電池電壓低于2.3v（該值由控制ici決定．不同的ici有不同的值）時(shí)，其“do”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筺l由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過(guò)放電保護(hù)作用。而此時(shí)由于nl寄生二極管vd1的存在，充電器可以通過(guò)該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。
　　
　　由于在過(guò)放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低．因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制lc會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于o.1μa。在控制lc檢測(cè)到電池電壓低于2.3v至發(fā)出關(guān)斷nl信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由c3決定，通常設(shè)為looms左右，以避免因干擾而造成誤判斷。
　　
　　這部分掌握的重點(diǎn)是控制集成電路(集成電路縮寫(xiě)為ic)的基本引腳及其功能！這類單電心控制lc都是貼片器件，體積很小，市場(chǎng)沒(méi)有零售。單電心控制ic大部分讀者唾手可得的來(lái)源之一是廢舊手機(jī)電池，來(lái)源之二是二手市場(chǎng)的廢礦燈。它們多數(shù)是限壓4.2v、欠壓3v左右動(dòng)作的ic。牌子雜亂、絕大多數(shù)沒(méi)有標(biāo)識(shí)或者標(biāo)識(shí)簡(jiǎn)單，即使在網(wǎng)絡(luò)化的今天也很難查到資料。
　　
　　但是，根據(jù)原實(shí)物的實(shí)際連接找出 基本的電源引腳v+和v-，充電保護(hù)輸出端c0．放電保護(hù)輸出端do是不難做到的。這樣就可以大展身手，利用它們及其所在的印刷線路板(pcb)進(jìn)行制作：鋰電容量測(cè)試儀、14串鋰電保護(hù)板等。
　　
　　以上是單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路的工作原理，多節(jié)串聯(lián)鋰離子電池的保護(hù)原理與之類似．本節(jié)介紹的控制ic為日本理光公司的r5421系列，在實(shí)際的電池保護(hù)電路中，還有許多其它類型的控制lc．如日本精工的s-8241系列、日本mitsumi的mm3061系列、臺(tái)灣富晶的fs312和fs313系列，臺(tái)灣類比科技的aat8632系列等等．其工作原理大同小異，只是在具體參數(shù)上有所差別。有些控制ic為了節(jié)省外圍電路，將濾波電容和延時(shí)電容做到了芯片內(nèi)部，其外圍電路可以很少．如日本精工的s-8241系列。國(guó)內(nèi)也有控制lc的生產(chǎn)廠家，像如韻和中星微。

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