该电路具有过充保护、过放保护和过流保护功能,其工作原理分析如下:
1、正规状态
正常情况下,电路中N1的CO“和DO”引脚都输出高电压,两个MOSFET都导通,所以电池可以自由充放电。由于MOSFET的导通电阻很小,通常小于30兆欧,其导通电阻对电路的性能影响很小。7|该状态下保护电路的消耗电流为μA,通常小于7 μ A..
2、过充保护
锂离子电池需要的充电方式是恒流/恒压。充电初期,是恒流充电。随着充电过程,电压会上升到4.2V(视阴极材料而定,有些电池要求4.1V的恒压值),并改为恒压充电,直到电流越来越小。在给电池充电时,如果充电器电路失控,电池电压超过4.2V后会继续恒流充电,此时电池电压会继续上升。当电池电压充电到4.3V以上时,会加剧电池的化学副反应,导致电池损坏或出现安全问题。
在带保护电路的电池中,当控制IC检测到电池电压达到4.28V(该值由控制IC决定,不同的IC取值不同)时,其CO”引脚会由高电压变为零电压,这将使V2由导通变为关断,从而切断充电电路,使充电器无法对电池充电,从而起到过充保护的作用。此时,由于V2体二极管VD2的存在,电池可以通过这个二极管对外部负载放电。
在控制IC检测到电池电压超过4.28V时和发出关闭V2的信号时之间仍有延迟时间。这个延迟时间的长短由C3决定,通常设置为1秒左右,以防止干扰造成的误判。
3、过放电保护
当电池对外负载放电时,其电压会随着放电过程逐渐降低。当电池电压降至2.5V时,其容量已完全放电。此时,如果电池继续向负载放电,将会对电池造成永久性损伤。
在电池放电的过程中,当控制IC检测到电池电压低于2.3V时(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值),其DO”引脚会从高电压变为零电压,这将使V1从导通变为截止,从而切断放电电路,使电池不能再对负载放电,起到过放电保护的作用。此时,由于V1的体二极管VD1的存在,充电器可以通过这个二极管给电池充电。
因为在过放电保护状态下电池电压不能降低,所以要求保护电路的消耗电流非常小。此时控制IC将进入低功耗状态,整个保护电路的功耗将小于0.1 μ A。
在控制IC检测到电池电压低于2.3V和发出关闭V1的信号之间也有延迟时间。这个延迟时间的长短由C3决定,通常设置为100ms左右,以防止干扰造成的误判。
4、过流保护
由于锂离子电池的化学特性,电池厂家规定最大放电电流不得超过2C(C=电池容量/小时)。当电池放电超过2C时,会导致永久性损坏或安全问题。
在电池对负载正常放电过程中,当放电电流通过两个串联的MOSFET时,由于MOSFET的导通阻抗,两端会出现一个电压,电压值为U = I * RDS * 2,RDS为单个MOSFET的导通阻抗。控制IC上的V-"引脚检测电压值。如果负载由于某种原因出现异常,回路电流就会增加。当回路电流大到使U>0.1V时(该值由控制IC决定,不同IC取值不同),其DO”引脚会从高电压变为零电压,使V1从导通变为关断,从而切断放电回路,使回路中的电流为零,起到过流保护的作用。
在控制IC检测到过电流和发送关闭V1的信号之间也有延迟时间。这个延迟时间的长短由C3决定,通常为13毫秒左右,以防止干扰造成的误判。
在上述控制过程中,可知其过电流检测值的大小不仅取决于控制IC的控制值,还取决于MOSFET的导通电阻。MOSFET的导通电阻越大,同一控制IC的过流保护值越小。