電池平衡電路工作原理

鋰電池保護(hù)板根據(jù)使用電池保護(hù)IC，電壓等不同參數(shù)有所不同，保護(hù)板有兩個(gè)核心部件：一塊保護(hù)IC，它是由精確的比較高來(lái)獲得可靠的保護(hù)參數(shù)；另外是MOSFET串在主充放電回路中擔(dān)當(dāng)高速開關(guān)，執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。下面以DW01配雙NMOS管8205A進(jìn)行講解。

鋰電池平衡電路保護(hù)裝置的電路原理如上圖所示，總體來(lái)講主要是由電池保護(hù)控制ICDW01和外接放電開關(guān)M1以及充電開關(guān)M2來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂艻C負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)電池電壓與回路電流，并控制兩個(gè)MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關(guān)作用，當(dāng)P+/P-端連接充電器，給電池正常充電時(shí)，M1，M2均處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)控制IC檢測(cè)到充電異常時(shí)，將M2關(guān)斷終止充電。當(dāng)P+/P-端連接負(fù)載，電池正常放電時(shí)，M1，M2均導(dǎo)通；當(dāng)控制IC檢測(cè)到放電異常時(shí)，將M1關(guān)斷終止放電。

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。

電池平衡電路工作原理分析如下：

1）正常狀態(tài)

在正常狀態(tài)下電路中DW01的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET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MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，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uA級(jí)。

2）過(guò)充電保護(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IC（DWO1）檢測(cè)到電池電壓達(dá)到4.3V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“CO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使M2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M2自帶的體二極管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IC檢測(cè)到電池電壓超過(guò)4.05V至發(fā)出關(guān)斷M2信號(hào)之間時(shí)過(guò)充釋放，M2轉(zhuǎn)為打開，開始充電。

3、過(guò)放電保護(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)，其容量已被完全放光，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IC檢測(cè)到電池電壓低于2.5V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筂1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M1自帶的體二極管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IC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0.1uA。

4、過(guò)電流保護(hù)

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)MOSFET時(shí)，由于MOSFET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=I*RDS*2，RDS為單個(gè)MOSFET導(dǎo)通阻抗，控制IC上的“CS”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?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U>0.15V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使M1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IC的控制值，還取決于MOSFET的導(dǎo)通阻抗，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通阻抗越大時(shí)，對(duì)同樣的控制IC，其過(guò)電流保護(hù)值越小。

5、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>1V（該值由控制IC決定，不同的IC有不同的值）時(shí)，控制IC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筂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7微秒。其工作原理與過(guò)電流保護(hù)類似

DW01的CS腳為電流檢測(cè)腳，輸出短路時(shí)，充放電控制MOSFET的導(dǎo)通壓降劇增，CS腳電壓迅速升高，DW01輸出信號(hào)使充放電控制MO SFET迅速關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)電流或短路保護(hù)。