锂离子电池保护器及监控器

文章摘要：在正常充、放电时，V1、 V2都导通。充电电流从BATT+流入，经保险丝向电池充电，经V1、V2后由BATT-流出。正常放电时，电流由BATT+经负载RL（图1中未画出）后，经BATT-及V2、V1流向电池负极，其电流方向与充电电流方向相反。由于V1、V2的导通电阻RDS（ON）极小，因此损耗较小。几种保护的工作状态如下（参看图2）： 1．过充电保护P1为控制过充电的带滞后的比较器，R6、R7组成分压器接在锂离子电池两端，其中间头检测电池的电压并接在R1的同相端，P1的反相端接1.2V基准电压。充电时电池电压低于过充电阈值电压时，P1的反相端电压大于同相端电压，P1输出低电平，使Q1导通，V2

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　　在正常充、放电时，V1、 V2都导通。充电电流从BATT+流入，经保险丝向电池充电，经V1、V2后由BATT-流出。正常放电时，电流由BATT+经负载RL（图1中未画出）后，经BATT-及V2、V1流向电池负极，其电流方向与充电电流方向相反。由于V1、V2的导通电阻RDS（ON）极小，因此损耗较小。

　　几种保护的工作状态如下（参看图2）：
 

　　1．过充电保护
　　P1为控制过充电的带滞后的比较器，R6、R7组成分压器接在锂离子电池两端，其中间头检测电池的电压并接在R1的同相端，P1的反相端接1.2V基准电压。充电时电池电压低于过充电阈值电压时，P1的反相端电压大于同相端电压，P1输出低电平，使Q1导通，V2的偏置电阻R3有电流流过使V2也导通（V1在充电时是导通的），这样形成充电回路。当充电到达并超过充电阈值电压时，P1同相端电压超过1.2V，P1输出高电平，经100ms延时后使Q1 截止，R3无电压使V2截止，充电电路断开，防止过充电。

　　2．过放电保护
　　过放电保护电路是由R4、R5组成的分压器、带滞后的比较器P2、100ms延时电路、或门及由Q2、Q3组成的CMOS输出电路组成。当电池放电达到2.4V时，P2输出高电平，经延时后使OD输出低电平，V1截止，放电回路断开，禁止放电。

　　3．过流保护
　　以放电电流过流保护为例，CS端为放电电流检测端，它连续地检测放电电流。这是利用CS端的电压VCS与放电电流IL有一定关系，如图3所示。如果把导通的V1、V2看做一个电阻，即RV1DS（ON）及RV2DS（ON），则放电回路如图3的虚线所示。若忽略R2上极小的压降，则VCS对地的电压为：
　　VCS=[RV1DS（ON）+RV2DS（ON）]×IL
　　即VCS与放电电流IL成比例。
　　过流保护电路由比较器P3、延时电路或门等组成。若放电电流超过设定阈值而使VCS超过0.2V，则P3输出高电平，其结果与过放电情况相同使V2截止，禁止放电。该器件尚有其他功能，这里不再介绍。
 

3～4节锂离子电池保护器
　　这里以MAX1894/MAX1924 为例说明其功能及特点。MAX1894设计用于4节锂离子电池组，而MAX1924适用于3节或4节的电池组。两个保护器可监控串联电池中每一个电池的电压，避免过充电及过放电，从而有效地延长电池的寿命。另外，它也能防止充、放电时电流过大或短路。
 

　　两个器件组成的保护器电路如图4所示。它是一种用于4节锂离子电池组的保护器。它与图1不同之处是为了使串联的4个电池在充电时每一个电池的电压基本相等（均压），所以它增加了内部电路及外部电阻、电容等元件；另外，它由微控制器（μC）来控制，它可以输出电池的状态信号，使功能更完善。

　　两个器件的主要特点：每个电池的过压阈值由工厂设定，其电压精度可达±0.5％；终止放电电压阈值由工厂设定，精度可达±2％；有关闭模式，关闭状态时耗电0.8μA，可防止电池深度放电；工作电流典型值30μA，小尺寸16管脚QSOP封装；工作温度范围-40～+85℃。

锂离子电池监控器
　　锂离子电池监控器除了有保护电路外（可保护电池在充电、放电过程免于过充电、过放电和过热），并且能输出电池剩余能量信号（用LCD显示器可形象地显示出电池剩余能量），使用者能随时了解电池的剩余能量状态，以便及时充电或更换电池。它主要用于有μC或μP的便携式电子产品中，如手机、摄像机、照相机、医疗仪器或音、视频装置等。

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