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1、概要 保护电路基本构成 各元器件简要介绍 保护电路工作原理 保护电路的附加功能 保护电路的最新发展 1 保护电路基本构成 一 控制电路 二 控制开关 三 保护器 2 保护电路使用的元件有 保护IC 场效应管 MOSFET 贴片电阻 贴片电容 热敏 电阻 识别电阻 或识别IC 保险丝 PTC等 另外 部分保护电路还 有温度保护 识 别功能 3 元器件简要介绍 元器件功能 保护IC检测保护电路当前电池的电压 电流 时间等参数以此 来控制场效应管的开关状态 场效应管起开关作用 贴片电阻限流 贴片电容滤波 调节延迟时间 热敏电阻检测电池块内的环境温度 保险丝防止流过电池的电流过大 切断电流回路 PTC
2、流过电流过大时自身阻抗增加 控制回路电流 4 元器件简要介绍 贴片电阻 基本参数有 封装尺寸 额定功率 阻值 允许偏差等 1 封装 表示电阻的尺寸大小 有两种表示方法 1 EIA 美国电子工业协会 代码 以英寸为单位 用4位 数字表 示长和宽 前2位表示长 后2位表示宽 2 米制代码 以毫米为单位 也是用4位数字表示长和宽 2 功率 表示通过电流的能力 P I2 R 下表为7种电阻尺寸代码及功率 EIA代码0402060308051206121020102512 米制代码1005160820123216322550256432 长 宽 1 0X0 51 6X0 82 0X1 253 2X1 6
3、3 2X2 55 0X2 56 3X3 15 高 0 30 450 50 550 550 550 55 额定功率 1 161 161 101 81 41 21 5 元器件简要介绍 贴片电阻 3 阻值 贴片电阻表面上用三位数字表示阻值 其中第一 二位为有效数字 第三位数字表示倍率 即有效数 字 10n 有小数点时用 R 来表示 并占一位有效位数字 如 102表示10 102 1K 511表示51 101 510 2R2表示2 2 4 允许偏差 B档表示 0 1 D档表示 0 5 F档表示 1 J档表示 5 K档表示 10 M档表示 20 6 元器件简要介绍 贴片电容 基本参数 封装尺寸 耐压 容
4、值 允许偏差 材质 阻抗等 1 封装尺寸 其尺寸代码与贴片电阻相同 2 耐压 不同容值 不同封装 不同偏差的电容厂家能做到的耐 压 值也不相同 一般容值越低 耐压值越高 封装尺寸越大耐 压值也越高 偏差越大耐压值越高 3 容值 容值表示方法与电阻类似 如 104表示10 104pF 100000pF 0 1uF 2R2表示2 2pF 注 容值单位是pF 其中1pF 10 3nF 10 6uF 10 12F 4 允许偏差 允许偏差表示方法也与电阻类似 F档表示 1 J档表示 5 K档表示 10 M档表示 20 N档表示 30 Z档表示 80 20 5 材质 COG NPO 容值精度为5 X5R
5、X7R 容值精度为10 Y5V容值精度为20 Z5U容值精度为 80 20 7 元器件简要介绍 热敏电阻 有PTC POSITIVE TEMPERATURE COEFFICENT 正温度系数 如过流保 护器 NTC NEGATIVE TEMPERATURE COEFFICENT 负温度系数两种 NTC基本参数有封装尺寸 阻值 允许偏差 B常数 B值偏差等 NTC阻值随温度呈非线性变化 NTC热敏电阻的阻值随温度的变化 函数如下式 R25C是热敏电阻在室温下的阻值 是热敏电阻材 料的开尔文 Kelvins 常数 T是热敏电阻的实际摄氏温度 8 元器件简要介绍 保险丝 基本参数有封装尺寸 电流与熔
6、断时间 内阻等 1 封装尺寸 与贴片电阻表示方法相同 2 电流与熔断时间 电流越大 熔断时间越短 以力特434 系列为例 厂家建议设计为正常工作电流 3 4额定电流 3 内阻 远低于过流保护器 一般为10m 左右 9 元器件简要介绍 场效应管 一 概述 场效应管是电压控制器件 缩写为FET 可通过改变输入 电压来改变输入电流 二 类型 有N沟道与P沟道两种 N沟道 高电平控制 P沟道 低电平控制 三 基本参数 耐压 VDSS VGSS 耐流 ID DC ID pulse 内阻 RDS on 封装 SO 8 TSSOP 8 6IP HWSON ECH8 10 元器件简要介绍 场效应管 说明 1
7、场效应管与三极管的区别 场效应管 电压控制器件 内阻小 耗电小 电流可双向流动 三极管 电流控制器件 内阻较大 耗电很大 电流不可双向流动 2 N沟道场效应管与P沟道场效应管相比 N沟道高电平导通 内阻较小 价格较低 P沟 道低电平导通 内阻较大 价格较高 3 内阻 指场效应管导通时不同电压 电流下D S间的内阻 电压越高时 内阻越低 电流越大 内阻越高 4 保护电路中 单双节保护电路用N沟道场效应管 多节用P沟道 5 目前常用N沟道场效应管 FW232 uPA1870 FDW2509NZ uPA2450 uPA2452 ECH8601 例如 uPA1870基本参数为 内部 VDSS 20V
8、VGSS 12V 结构图 ID DC 6A ID pulse 80A RDS on 13 21m VGSS 4V ID 3A 11 元器件简要介绍 保护IC 一 概述 保护IC分单节保护IC与多节 串联 用保护IC 基本功能 过充保护 过放保护 过流保护 短路保护等 基本参数 过充电保护 释放 电压 过放电保护 释放 电压 过充 放 流 保护延时等 二 单节保护IC 1 内部结构 理光R5421N系列 管脚说明 序号类型功能 1DOUT过放电控制输出端 2V 过电流控制输入端 3COUT过充电控制输出端 4Ct延时控制输入端 5VDD电源正极 6VSS地 12 元器件简要介绍 保护IC 2 基
9、本参数 略 3 封装 尺寸 SOT 23 6 SON6 SOT 23 5 SON5 注 有些保护IC延迟电容是内置的 如精工 Seiko S 8241 S 8261系列 理光 RICOH R5426N系列 13 元器件简要介绍 保护IC 三 多节保护IC 1 2节保护IC S 8232 MM1292等 2 3节保护IC S 8233 MM1414等 3 4节保护IC MM1294 MM1414等 封装 TSSOP 8 SOP 8 SOP 14 TSSOP 16 TSSOP 20 14 单节保护电路工作原理 一 应用电路 15 单节保护电路工作原理 二 工作状态说明 1 正常状态 IC的电源电压
10、介于过放电保护电压VDET2和过充电保护电压VDET1 之间 DOUT端和COUT端的输出皆为高电平 充 放电MOSFET处于导通状态 电池充放电都可进行 2 过充电状态 充电时 若电池电压升高使VDD VDET1 则经过tVDET1的延迟后 COUT端变成低电平 将充电控制MOSFET关断 停止充电 3 过充电保护解除条件 当VDD降低至过充解除电压VREL1以下 不接负载 或 VDD降低至过充电关断电压VCO以下 加上负载 即可恢复到可充电状态 4 过放电状态 当电池放电至电压等于或低于VDET2 并经过tVDET2的延迟后 DOUT端变成低电平 控制放电控制MOSFET关断 停止电池向负
11、载放电 充电 电流仍可通过二极管流通 此后 如果电池电压升高至过放电保护解除电 压VREL2 则DOUT端又变成高电平 使电池可放电状态得以恢复 16 单节保护电路工作原理 5 过流保护 在放电时 因负载变化会导致放电电流变化 放电电流增大时 V 的电压会升高 当V VDET3 并且经过tVDET3的延迟后 DOUT端的输出变为 低电平 关断放电回路 解除过流状态后 使V VSHORT且经过tSHORT后 DOUT端 输出变为低电平 关断放电回路 排除过流状态后 使V VDET3电路恢复正 常 短路峰值电流取决于充放电MOSFET导通电阻和PCB布线电阻及VSHORT 注 VDET1 过充电检
12、测电压 VDET2 过放电检测电压 VDET3 过电流检测电压 tVDET1 过充电检测延迟 tVDET2 过放电检测延迟 tVDET2 过电流检测延迟 V 保护IC的V 脚对VSS脚的压降 VSHORT 短路保护检测电压 tSHORT 短路保护检测延迟 17 单节保护电路工作原理 三 两参数确定 1 过充电保护延时 外置电容 计算公式为 tVdet1 sec C3 F VDD V 0 7 0 48X10 6 VDD 保护IC的过充电检测电压值 简便计算 延时时间 C3 UF 0 01UF 77ms 如 C3容值为0 22UF 则延时值为0 22 0 01X77 1694ms 注 严格计算还要
13、考虑电容容值的偏差 外置电容延时的优缺点 优点 过充电检测延时时间可以调整 适用于对延时有特殊要求且 一般内置延时的IC又不能达到要求的电路 缺点 元件数量多 成本增加 故障率提高 18 单节保护电路工作原理 2 过电流值的计算 依据公式I U R U 保护IC的过电流检测电压值 定值 R 保护电路中从B P 间的内阻值 具体来间说指的是保护 IC的第6脚与R2外接P 处的内阻 大电流回路中MOSFET与 PCB布线内阻之和 例如 一个保护电路中保护IC检验电压为0 20V R为40m MOS管内阻以3 8V左右计 则过电流检测电压值 0 20V 40m 5A 注 实际应用中需考虑MOS管的内
14、阻会随ID变化而变化 19 单节保护电路工作原理 四 失效模式分析 1 R1短路 1 IC还能正常工作 2 当MOS管漏流较大时 流过IC电流增大而损坏IC R1开路 IC不工作 保护电路失效 2 C1短路 1 VDD VSS IC不工作 保护电路失效 2 电池自放电加快 C1开路 保护电路能工作 但当充电电压不稳定时会造成IC误动作 3 R2短路 1 仍有过流 短路保护 2 过流 短路后容易进入休眠模式 针对有休眠功能的IC 3 逆向充电时易击穿MOS管 IC 4 ESD功能降低 R2开路 1 无过流 短路保护 2 无过充保护功能 过充MOS管不动作 20 单节保护电路工作原理 4 C3短路
15、 过充保护延时无限长 过充 MOSFET不关断 C3开路 过充瞬间保护 5 MOS管 21 多节保护电路工作原理 一 两串 22 多节保护电路工作原理 二 三串 23 多节保护电路工作原理 三 四串 24 保护电路的附加功能 一 识别 温度检测功能 25 保护电路的附加功能 二 振动 容量测试功能 26 保护电路的附加功能 三 加充电电路 27 保护电路的附加功能 四 加充电控制电路 28 保护电路发展趋势 1 保护IC与场效应管组合封装成一个元件 2 保护IC 场效应管 电阻 电容组合封装在 一个元件 3 保护IC 场效应管 电阻 电容组合封装在 一个模块 即COB CHIP ON BOARD 29
