锂离子电池保护电路原理分析

文章摘要： 随着科技进步与社会发展，象手机、笔记本电脑、MP3播放器、PDA、掌上游戏机、数码摄像机等便携式设备已越来越普及，这类产品中有许多是采用锂离子电池供电，而由于锂离子电池的特性与其它可充电电池不同，内部通常都带有一块电路板，不少人对该电路的作用不了解，本文将对锂离子电池的特点及其保护电路工作原理进行阐述。 锂电池分为一次电池和二次电池两类，目前在部分耗电量较低的便携式电子产品中主要使用不可充电的一次锂电池，而在笔记本电脑、手机、PDA、数码相机等耗电量较大的电子产品中则使用可充电的二次电池，即锂离子电池。与镍镉和镍氢电池相比，锂离子电池具备以下几个优点： 电

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        随着科技进步与社会发展，象手机、笔记本电脑、MP3播放器、PDA、掌上游戏机、数码摄像机等便携式设备已越来越普及，这类产品中有许多是采用锂离子电池供电，而由于锂离子电池的特性与其它可充电电池不同，内部通常都带有一块电路板，不少人对该电路的作用不了解，本文将对锂离子电池的特点及其保护电路工作原理进行阐述。
       锂电池分为一次电池和二次电池两类，目前在部分耗电量较低的便携式电子产品中主要使用不可充电的一次锂电池，而在笔记本电脑、手机、PDA、数码相机等耗电量较大的电子产品中则使用可充电的二次电池，即锂离子电池。
与镍镉和镍氢电池相比，锂离子电池具备以下几个优点：

1.  电压高，单节锂离子电池的电压可达到3.6V，远高于镍镉和镍氢电池的1.2V 电压。
2.  容量密度大，其容量密度是镍氢电池或镍镉电池的1.5-2.5 倍。
3.  荷电保持能力强（即自放电小），在放置很长时间后其容量损失也很小。
4.  寿命长，正常使用其循环寿命可达到500 次以上。
5.  没有记忆效应，在充电前不必将剩余电量放空，使用方便。

       由于锂离子电池的化学特性，在正常使用过程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应，但在某些条件下，如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能产生大量气体，使电池内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题，因此所有的锂离子电池都需要一个保护电路，用于对电池的充、放电状态进行有效监测，并在某些条件下关断充、放电回路以防止对电池发生损害。
下页中的电路图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。
 
        如图中所示，该保护回路由两个MOSFET（V1、V2）和一个控制IC（N1）外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C3为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如下：
1、 正常状态
        在正常状态下电路中N1 的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET 都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET 的导通阻抗很小，通常小于30 毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。
        此状态下保护电路的消耗电流为μA 级，通常小于7 μA。

2、 过充电保护
        锂离子电池要求的充电方式为恒流/ 恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。
        电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V 时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。
        在带有保护电路的电池中，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 有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使V2 由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2 自带的体二极管VD2 的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。

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