浅析锂电池保护电路工作原理

    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

7μA。
2  过充电保护
锂离子电池作为可充电池的一种，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。
在控制

IC 检测到电池电压超过 4.28V 至发出关断 V2 信号之间，还有一段延时时间，该延

时时间的长短由

C3 决定，通常设为 1 秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

3  过放电保护
电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至

2.5V 时，

其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。
在电池放电过程中，当控制

IC 检测到电池电压低于 2.3V（该值由控制 IC 决定，不同的 IC

有不同的值）时，其

“DO"脚将由高电压转变为零电压，使 V1 由导通转为关断，从而切断

了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于

V1 自带的

体二极管

VD1 的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。

由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时
控制

IC 会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于 0.1μA。

在控制

IC 检测到电池电压低于 2.3V 至发出关断 V1 信号之间，也有一段延时时间，该延时

时间的长短由

C3 决定，通常设为 100 毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

4  过电流保护
由于锂电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过

2C（C=电池容量/

小时），当电池超过

2C 电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。

电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的

2 个 MOSFET 时，由于 MOSFET

的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值

U=I*RDS*2, RDS 为单个 MOSFET 导通

阻抗，控制

IC 上的“V-"脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流

增大，当回路电流大到使

U>0.1V（该值由控制 IC 决定，不同的 IC 有不同的值）时，其

“DO"脚将由高电压转变为零电压，使 V1 由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路
中电流为零，起到过电流保护作用。
在控制

IC 检测到过电流发生至发出关断 V1 信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的

长短由

C3 决定，通常为 13 毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制

IC 的控制值，还取决于

MOSFET 的导通阻抗，当 MOSFET 导通阻抗越大时，对同样的控制 IC，其过电流保护值
越小。