锂离子电池保护器及监控器

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。

这里以DS2760为例说明该器件的特点、内部结构及应用电路。该器件有温度传感器，能检测双向电流的电流检测器及电池电压检测器，并有12位ADC将模拟量转模成数字量；有多种存储器，能实现电池剩余能量的计算。它是将数据采集、信息计算与存储及安全保护于一身。另外，它具有外围元件少、电路简单、器件封装尺寸小（3.25mm×2.75mm管芯式BGA封装）的特点。



DS2760的内部有25mΩ检测电阻，能检测双向（充电及放电）电流（但自身阻值极小，损耗极小）；电流分辨率为0.625mA，动态范围为1.8A，并有电流累加计算；电压测量分辨率为48mV；温度测量分辨率可达0.125℃；由ADC转换的数字量存储在相应的存储器内，通过单线接口与主系统连接，可对锂离子电池组成的电源进行管理及控制，即实现与内部存储器进行读/写访问及控制。该器件功耗低，工作状态时最大电流80μA，节能状态（睡眠模式）时小于2μA。

DS2760的功能结构框图如图5所示。它由温度传感器、25mΩ检测电阻、多路器、基准电压、ADC、多种存储器、电流累加器及时基、状态/控制电路、与主系统单线接口及地址、锂离子保护器等组成。

DS2760有EEPOM、可锁EEPROM及SRAM三种形式的存储器，EEPROM保护电池的重要数据，可锁EEPROM用作ROM，SRAM供暂丰数据的存储。



应用电路并不复杂，电路如图6所示。两个P沟道功率MOSFET分别控制充电及放电，BAT+、BAT-之间接入锂离子电池，PACK+、PACK-为电池组的正负端，DATA端与系统接口。该电路适用于单节锂电池，若采用贴片式元器件占空间很小，可做在电池中。