锂电池保护板的原理分析

锂电池（可充型）之所以需要保护，是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。

锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC等电流器件协同完成，保护板是由电子电路组成，在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流，及时控制电流回路的通断；PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。

普通锂电池保护板通常包括控制IC、MOS开关、电阻、电容及辅助器件FUSE、PTC、NTC、ID、存储器等。其中控制IC，在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外电路导通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制MOS开关关断，保护电芯的安全。

锂电池保护板原理详细分析

在保护板正常的情况下，Vdd为高电平，Vss，VM为低电平，DO、CO为高电平，当Vdd，Vss，VM任何一项参数变换时，DO或CO端的电平将发生变化。

1、过充电检出电压：在通常状态下，Vdd逐渐提升至CO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。

2、过充电解除电压：在充电状态下，Vdd逐渐降低至CO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。

3、过放电检出电压：通常状态下，Vdd逐渐降低至DO端由高电平变为低电平时VDD-VSS间电压。

4、过放电解除电压：在过放电状态下，Vdd逐渐上升到DO端由低电平变为高电平时VDD-VSS间电压。

5、过电流1检出电压：在通常状态下，VM逐渐升至DO由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

6、过电流2检出电压：在通常状态下，VM从OV起以1ms以上4ms以下的速度升到DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

7、负载短路检出电压：在通常状态下，VM以OV起以1μS以上50μS以下的速度升至DO端由高电平变为低电平时VM-VSS间电压。

8、充电器检出电压：在过放电状态下，VM以OV逐渐下降至DO由低电平变为变为高电平时VM-VSS间电压。

9、通常工作时消耗电流：在通常状态下，流以VDD端子的电流（IDD）即为通常工作时消耗电流。

10、过放电消耗电流：在放电状态下，流经VDD端子的电流（IDD）即为过流放电消耗电流。

典型的锂电池保护电路

由于锂电池的化学特性，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

下图为一个典型的锂电池保护电路原理图。

锂电池保护板原理详细分析

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７μＡ。保护板，顾名思义就是保护电芯用的，保护板的主要作用有：

1、过充保护：当你充电时，电压达到电池最高电压（4.2V）时，保护板就会自动断电关闭，不能在充电了。

2、过放保护：当你的电池电快要用完时（手机是3.6V左右）保护板也会关闭，不能在放电了。你的仪器就会自动关机。

3、过电流保护：当电池放电时（使用），保护板会有一个最大的限制电流（不同仪器要求不一样），当放电超过这个电流保护板也会自动关闭。

4、短路保护：当你的电池不小心短路时，保护板会在几毫秒内自动关闭，不会在通电，这时就是正负极碰到一块也没事。