单节锂电池保护电路设计详解

文章目录

简介

单节锂电池保护芯片DW01V

过电压充电保护及恢复过程

过电压放电保护及恢复过程

过电流放电和电池短路保护及恢复过程

简介

我们在设计需求要使用锂电池的产品时，需要对锂电池进行保护电路设计，在此基础上才可以进行充电电路设计。对于锂电池的充电电路的设计之前有讲解，这里就不在介绍，感兴趣的朋友可以去我头条文章查看。那么锂电池的保护电路如何设计呢？这篇文章将给你解答。

我们在了解锂电池的基础知识后，我们会知道，锂电池需要做过电压充电保护、过电压放电保护、过流放电保护、短路保护等。所以我们在设计锂电池保护电路的时候，至少要实现以上保护功能。

下面我就介绍下市场上常用的一种保护方案，单节锂电池保护芯片DW01和Nmos管8205A组成的保护方案。类似的单节锂电池保护芯片有很多，都是大同小异，我们在对芯片选型时可以根据成本、供应的稳定和实际情况选择。下面我就以DW01V芯片进行介绍。

单节锂电池保护芯片DW01V

DW01V是单节锂离子或锂聚合物电池的理想保护芯片。DW01V是一款高精度的锂电池保护电路。正常状态下，如果对电池进行充电，则DW01V可能会进入过电压充电保护状态；同时，满足一定条件后，又会恢复到正常状态。如果对电池放电，则可能会进入过电压放电保护状态或过电流放电保护状态；同时，满足一定条件后，也会恢复到正常状态。

我们先来看下DW01V的引脚相关信息，如下图：

DW01V引脚信息及封装

DW01V引脚描述

再看下它的内部框图和典型应用电路吧，如下图：

DW01V内部框图

DW01V典型应用电路图

DW01V部分参数如下表，其他参数详情请查验手册。

DW01V部分参

在正常状态下，DW01V由电池供电，其VDD端电压在过电压充电保护阈值VOC和过电压放电保护阈值VOD之间，VM端电压在充电器检测电压（VCHG）与过电流放电保护阈值（VEDI）之间，COUT端和DOUT端都输出高电平，外接充电控制N-MOS管Q1和放电控制N-MOS管Q2均导通。此时，既可以使用充电器对电池充电，也可以通过负载使电池放电。

过电压充电保护及恢复过程

对电池进行充电，如果使VDD端电压升高超过过电压充电保护阈值VOC，且持续时间超过过电压充电保护延迟时间tOC，则DW01V将使充电控制端COUT由高电平转为VM端电平（低电平），从而使外接充电控制N-MOS管Q1关闭，充电回路被"切断"，即DW01V进入过电压充电保护状态。

有以下两种条件可以使DW01V从过电压充电保护状态恢复到正常状态：

1）电池由于"自放电"使VDD端电压低于过电压充电恢复阈值VOCR；

2）通过负载使电池放电（注意，此时虽然Q1关闭，但由于其体内二极管的存在，使放电回路仍然存在），当VDD端电压低于过电压充电保护阈值VOC，且VM端电压高于过电流放电保护阈值VEDI（在Q1导通以前，VM端电压将比VSS端高一个二极管的导通压降）。DW01V恢复到正常状态以后，充电控制端COUT将输出高电平，使外接充电控制N-MOS管Q1回到导通状态。DW01V进入过电压充电保护状态后，如果外部一直接有充电器，致使VM电压小于充电器检测电压（VCHG），那么即使当其VDD降至VOCR以下，DW01V也不会恢复到正常状态。此时必须去掉充电器，DW01V才会回到正常状态。

过电压放电保护及恢复过程

正常状态下，如果电池放电使VDD端电压降低至过电压放电保护阈值VOD，且持续时间超过过电压放电保护延迟时间tOD，则DW01V将使放电控制端DOUT由高电平转为VSS端电平（低电平），从而使外接放电控制N-MOS管Q2关闭，放电回路被"切断"，即DW01V进入过电压放电保护状态。同时，VM端电压将通过内部电阻RVMD被上拉到VDD。在过电压放电保护状态下，VM端（亦即VDD端）电压总是高于电池短路保护阈值VSHORT，满足此条件后，电路会进入"省电"的低功耗模式。此时，VDD端的电流将低于0.7μA。

对于处在低功耗模式下电路，如果对电池进行充电（同样，由于Q2体内二极管的存在，此时的充电回路也是存在的），使DW01V电路的VM端电压低于电池短路保护阈值VSHORT，则它将恢复到过电压放电保护状态，此时，放电控制端DOUT仍为低电平，Q2还是关闭的。

如果此时停止充电，由于VM端仍被RVMD上拉到VDD，大于电池短路保护阈值VSHORT，因此DW01V又将回到低功耗模式；

只有继续对电池充电，当VDD端电压大于过电压放电保护阈值VOD时，DW01V才可从过电压放电保护状态恢复到正常状态。

如果不使用充电器，由于电池去掉负载后的"自升压"，可能会使VDD端电压超过过电压放电恢复阈值VODR，此时DW01V也将从过电压放电保护状态恢复到正常状态；

DW01V恢复到正常状态以后，放电控制端DOUT将输出高电平，使外接充电控制N-MOS管Q2回到导通状态。

过电流放电和电池短路保护及恢复过程

正常状态下，通过负载对电池放电DW01V电路的VM端电压将随放电电流的增加而升高。如果放电电流增加使VM端电压超过过电流放电保护阈值VEDI，且持续时间超过过电流放电保护延迟时间tEDI，则DW01V进入过电流放电保护状态；

如果放电电流进一步增加使VM端电压超过电池短路保护阈值VSHORT，且持续时间超过短路延迟时间tSHORT，则DW01V进入电池短路保护状态。

DW01V处于过电流放电/电池短路保护状态时，DOUT端将由高电平转为VSS端电平，从而使外接放电控制N-MOS管Q2关闭，放电回路被"切断" ；

同时，VM端将通过内部电阻RVMS连接到VSS，放电负载取消后，VM端电平即变为VSS端电平。

在过电流放电/电池短路保护状态下，当VM端电压由高降低至低于过电流放电保护阈值VEDI，且持续时间超过过电流放电恢复延迟时间tEDIR，则DW01V可恢复到正常状态。因此，在过电流放电/电池短路保护状态下，当所有的放电负载取消后，DW01V即可"自恢复"DW01V恢复到正常状态以后，放电控制端DOUT将输出高电平，使外接充电控制N-MOS管Q2回到导通状态。

锂电池保护电路工作状态图

好了，这个锂电池保护电路暂时就介绍到这里，其他更多详情还是多查阅手册吧。欢迎大家评论交流，如果觉得我这篇文章写到很好到话，就转发出去分享给更多到朋友吧。最后欢迎大家点赞评论转发收藏，跟多好文章欢迎关注我——单片机嵌入式爱好者 。这里先透露下，下一篇文件介绍设计一个充电宝电路，期待的就关注我吧。