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大侠领你设计一款3串锂电池组保护电路

专家
2014-01-24 13:31:54    评分

  现在很多电子产品越来越多地使用锂电池供电,而一节锂电池的电压在3.2V-4.2V之间,如果需要更高的电压怎么办,一般就需要把电池串接得到更高的电压,但是锂电池又需要合理保护电路才能保证其正常工作。今天大侠带你设计一款3节锂电池串联的保护电路设计。此电路简单而有巧妙地对锂电池组进行保护和保证锂电池正常的供电。

  本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/215827.htm

  开始设计之前,了解3串锂电池组进行保护,要知道欲进行的几个保护,即过放电保护,过充电保护,过电流、短路保护,有的保护电路还有充电温度保护和其他保护。

  我们今天就选择设计过程比较简单理解的,采用精工电子三/四节串联锂离子可充电电池专用充、放电保护ICS-8254。找到这颗芯片的资料后,我们知道,这颗保护芯片功能很强大,如图1是该芯片的内部结构框图,S-8254系列内置高精度电压检测电路和延迟电路,针对各节电池进行高精度电压检测,实现单节过充电保护和单节过放电保护,并具备三段过电流检测功能,通过外接电容可设置过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间和过电流检测延迟时间1(过电流检测延迟时间2和过电流检测延迟时间3在芯片内部被固定)。

  该系统采用精工电子S-8244系列内置高精度电压检测电路和延迟电路的锂离子可充电电池二级保护专用IC实现电池的单节二级充电保护,其保护延迟时间可通过外接电容的容值来设置。

大侠领你设计一款3串锂电池组保护电路

  在研读了S-8254芯片的手册后,我们开始利用这颗芯片,设计一款三节串联锂电池组保护电路,功能上实现几种保护功能。

  我们根据数据手册的典型电路,为大家介绍可充电锂电池三/四节串联保护系统设计的具体做法!

  芯片通过SEL端子可以实现电池三节串联用或四节串联用的切换;如图2,S-8244则通过电阻R8短路VSS即可用作三节电池串联使用时的二级保护。

  熟读芯片后,在电路原理图上实现各保护功能。锂电池保护芯片S-8254系列充、放电保护电压和过电流检测电压以50mV为进阶单位,过充电检测电压以5mV为进阶单位,系统根据不同场合的使用需求,可以选择相应适合的型号。现以图2保护系统为例,采用S-8254AAVFT作为保护IC,具体说明各保护功能的实现过程。

大侠领你设计一款3串锂电池组保护电路



关键词: 锂电池     电阻     保护电路    

专家
2014-01-24 13:33:49    评分
2楼

  1、过放电保护

  本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/215827.htm

  通常状态下,放电控制用端子DOP为VSS(电池3的负电压)电位,放电MOS管U2,U3,U4,U5处于导通状态,系统可正常进行放电工作。当检测到某节电池电压低于2.7V(VDLn),且这种状态保持在TDL(TDL时间由过放电检测延迟端子CDT外接电容CS决定)以上时,DOP端子的电压变为VDD(电池1的正电压)电位,放电MOS管关闭,停止放电,这种状态称为过放电状态。

  进入过放电状态后,VMP端子电压经电阻 R5由负载拉至VDD/2以下,S-8254转为休眠状态;断开负载后,VMP端子电压经电阻R5、充电MOS管U2和U3由VDD上拉至 VDD/2以上且低于VDD,S-8254退出休眠状态。当所有电池电压都在3.0V(VDUn)以上时,过放电状态被解除,系统恢复正常放电工作。需要说明的是,S-8254进入休眠状态。在休眠状态下芯片的几乎全部的电路停止工作。

  2、过电流、短路保护

  该系统采用功率电阻R12用于过电流检测。当放电电流大于18A时,过电流1,2检测端子VINI和VSS之间的电压差大于过电流检测电位1VI0V1(O.2V),且这种状态保持在TIOVl(TIOVl时间由过电流1检测延迟端子CDT外接电容C3决定)以上时,DOP 端子的电压变为VDD电位,放电MOS管关闭,停止放电,进入过电流1保护状态。在过电流状态下,VMP端子电压经电阻R3由负载下拉至VSS;断开负载后,VMP端子电压经IC内部RVMD电阻被上拉至过电流检测电位3VIOV3(电池1的正电压VC1~1.2V)以上,过电流状态解除,系统恢复正常放电。当放电电流大于50A时,VINI和VSS之间的电压差大于过电流检测电位2VIOV2(0.5V),且这种状态保持在TIOV2(1ms)以上时,进入过电流2保护状态。当负载出现短路时,过电流3检测端子VMP的电压被瞬间拉至VIOV3以下(检测延迟时间TI0V3为300μs),系统进入短路保护(过电流3保护)状态。

  3、过充电保护

  为了确保电池的安全性,该系统对于过充电状态采取了两级保护措施。首先,当检测到某节电池电压高于4.05V(VCU2n),且这种状态保持在 TCU2(TCU2时间由S-8244过充电检测延迟端子ICT外接电容C16决定)以上时,S-8244充电控制用端子CO输出动态“H”,二级充电 MOS管QCHR2关闭,停止充电,这种状态称为过充电状态;进入过充电状态后,当所有电池电压都在3.80V(VCL2n)以下时,过充电状态解除。若因某种原因导致S-8244保护失效,则S-8254过充电保护生效,当检测到某节电池电压高于4.25V(VCUln),且这种状态保持在 TCUl(TCUl时间由S-8254过充电检测延迟端子CCT外接电容C5决定)以上时,S-8254充电控制用端子COP变为高阻抗,一级充电MOS 管的G极被外接电阻R27拉高,进入过充电状态;当所有电池电压都在4.15V(VCLln)以下时,过充电状态解除。

大侠领你设计一款3串锂电池组保护电路

  5、保护电路的其他防护措施,根据电池组所带的负载不同,可以进行添加不同的防护措施,比如温度防护电路,防反接电路,均衡电路等。

  在这里所介绍的是,利用瞬态抑制二极管SMBJ20A进行的瞬态干扰的保护。因为电压及电流的瞬态干扰是造成电子电路及设备损坏的主要原因,常给人们带来无法估量的损失。这些干扰通常来自于电力设备的起停操作、交流电网的不稳定、雷击干扰及静电放电等,瞬态干扰几乎无处不在、无时不有,使人感到防不胜防。图3中是保护电路在P+和GND之间增加的D4,这是一种很巧妙的瞬态干扰的保护,使用这种器件的使瞬态干扰得到了有效抑制。当TVS管两端经受瞬间的高能量冲击时,它能以极高的速度(最高达1*10-12秒)使其阻抗骤然降低,同时吸收一个大电流,将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上,从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而损坏。增加这样一个电路,也为生产和使用电路板时,来作为静电防护的主要手段。

  最后,需要说明的,锂电池组的电路保护设计,相对其他电路来说是很简单,电路保护芯片也是很多的,利用锂电池保护芯片设计锂电池的单节,双节,3节,4节,乃至更高的节串联组成的电池组的保护电路,原理都是一样的,本文只提出一个3串锂电池的保护设计,希望能起到抛砖引玉的作用……


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