中心論題：
- 分析鋰離子電池保護(hù)電路熔斷器實(shí)現(xiàn)電路
- 闡述此電路在正常工作狀態(tài)、過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)及短路保護(hù)的工作原理
解決方案：
- 保護(hù)回路由兩個(gè)MOSFET、一個(gè)控制IC外加一些阻容元件構(gòu)成
- 過充電檢測(cè)電壓時(shí)C0腳由高電壓轉(zhuǎn)為低電壓起到過充電保護(hù)
- 過放電檢測(cè)電壓時(shí)D0腳由高電壓轉(zhuǎn)為低電壓起到過放電保護(hù)
- 電流猛增D0腳迅速由高電壓轉(zhuǎn)為低電壓起到過流保護(hù)
- 電流繼續(xù)增大則熔斷器起到過流時(shí)的二級(jí)保護(hù),避免IC及MOSFET的永久性損壞
引言
---鋰離子充電電池使用過程中,過充電、過放電和過電流都將會(huì)影響電池使用壽命和性能及安全,充電電池中熔斷器作為二級(jí)過流保護(hù)配合IC控制環(huán)路有效監(jiān)測(cè)并防止對(duì)電池產(chǎn)生損害。
---近年來隨著移動(dòng)電器的小型化及普及,而鋰離子充電電池具有小型、重量輕、輸出電壓高、放電電壓穩(wěn)定、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),使得電器配套的鋰離子充電電池用量猛增。
---鋰離子充電電池是鋰電池中的一種（即可充電的二次電池）,在電池中放置保護(hù)線路,可有效的保護(hù)電池在過充、過放及過流或使用不當(dāng)而損壞。熔斷器作為過流保護(hù)器件,可保護(hù)鋰離子充電電池在充電或放電過程中的大電流及短路而造成電池?fù)p害。
---這里以圖1（典型鋰離子充電電池保護(hù)電路圖）為例來說明電池保護(hù)電路及工作原理：
---此保護(hù)回路由兩個(gè)MOSFET和一個(gè)控制IC外加一些阻容元件構(gòu)成。控制IC負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池電壓,并控制兩個(gè)MOSFET的柵極,MOSFET在電路中起開關(guān)作用,分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷,fuse為熔斷器起二級(jí)保護(hù),C2為延時(shí)電容,該電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)等功能。
正常工作狀態(tài)
---在正常充、放電時(shí),電路中控制IC的C0與D0腳高電平,V1、V2都導(dǎo)通。充電電流從Input+流入,經(jīng)熔斷器向電池充電,經(jīng)V1、V2后由Input-流出。正常放電時(shí),電流經(jīng)Input-及V2、V1流向電池負(fù)極,其電流方向與充電電流方向相反。由于V1、V2的導(dǎo)通電阻Rds（ON）極小,此狀態(tài)下的消耗電流為μA級(jí)因此損耗很小。
過充電保護(hù)
---電池在被充電初期為恒流充電,隨著充電時(shí)間的延長(zhǎng),電池電壓亦會(huì)上升,在此過程中當(dāng)IC檢測(cè)到電池電壓達(dá)到過充電檢測(cè)電壓（該數(shù)值由控制IC決定）時(shí),則C0腳由高電壓轉(zhuǎn)為低電壓,使控制充電的MOSFET柵極為關(guān)斷狀態(tài),即V2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷從而切斷充電回路,使充電器無法對(duì)電池進(jìn)行充電起到保護(hù)作用。過充電檢測(cè)對(duì)應(yīng)于脈沖充電及由于噪聲而產(chǎn)生的誤動(dòng)作,需要設(shè)定延遲時(shí)間,延遲時(shí)間由C2決定,一般設(shè)為1s左右。
過放電保護(hù)
---過放電保護(hù)是在電池電壓變低時(shí)停止對(duì)負(fù)載放電。當(dāng)電池對(duì)負(fù)載放電時(shí),其電壓亦隨放電過程而逐漸降低,當(dāng)電池電壓降至過放檢測(cè)電壓以下時(shí),其容量已經(jīng)完全放光,如果電池繼續(xù)放電,則會(huì)造成電池的永久性損壞。所以當(dāng)控制IC檢測(cè)到電池電壓低于過放點(diǎn)檢測(cè)電壓時(shí),其D0腳由高電壓轉(zhuǎn)為低電壓,使V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷從而切斷放電回路,則電池?zé)o法繼續(xù)放電起到保護(hù)作用。由于在過放檢測(cè)電壓以下時(shí)電池電壓不能再降低,因此必須要求控制IC消耗電流極小。過放電檢測(cè)對(duì)應(yīng)于脈沖充電及由于噪聲而產(chǎn)生的誤動(dòng)作,需要設(shè)定的延遲時(shí)間一般為100ms左右。
過電流保護(hù)及短路保護(hù)
---過電流保護(hù)是在消耗大電流時(shí)停止對(duì)負(fù)載的放電,此功能的目的在于保護(hù)電池及MOSFET,確保電池在工作狀態(tài)下的安全性。在正常放電過程時(shí),電流經(jīng)過兩個(gè)MOSFET因?yàn)閷?dǎo)通阻抗會(huì)在其兩端產(chǎn)生壓降,此電壓值U=I*[R1ds+R2ds],其中把導(dǎo)通的V1、V2看作電阻,即R1ds和R2ds,此時(shí)若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓Ｊ够芈冯娏髟龃?當(dāng)電流猛增使得電壓亦增加到控制IC決定的電壓值時(shí),控制IC的D0腳迅速由高電壓轉(zhuǎn)為低電壓使V1關(guān)斷從而切斷放電回路,回路電流變?yōu)榱?。需要設(shè)定的延遲時(shí)間一般為13ms左右。當(dāng)電壓增加到控制IC決定的電壓值時(shí)（此時(shí)IC判斷為負(fù)載短路）,V1會(huì)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷,其工作原理與過流保護(hù)類似。短路保護(hù)的延遲時(shí)間一般小于7μs,如果出現(xiàn)意外時(shí)電流繼續(xù)增大,則熔斷器會(huì)起到過流時(shí)的二級(jí)保護(hù),避免對(duì)電路中控制IC及MOSFET的永久性損壞。
---以上詳細(xì)闡述了鋰離子充電電池保護(hù)電路的工作原理,除了控制IC和MOSFET外,電路中還有一個(gè)重要元件,就是熔斷器,它在電路中起著二級(jí)過流保護(hù)作用,由于它的電阻很小在電路中消耗的能量可以忽略不計(jì),所以這已經(jīng)成為很多電池廠商考慮將PTC聚合物（內(nèi)阻過大）替換為新型疊層多元陶瓷片式熔斷器的主要原因。
