锂电池保护板原理详细分析---下篇

锂电池（可充型）之所以需求维护，是由它自身特性决议的。因为锂电池自身的材料决议了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电，因而锂电池锂电组件总会跟着一块精致的维护板和一片电流保险器呈现。锂电马工带你看看锂电保护板！

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。

如上图所示，该保护回路由两个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。

２、过充电保护

锂离子电池要求的充电方式为恒流／恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到４．２Ｖ（根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为４．１Ｖ），转为恒压充电，直至电流越来越小。电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过４．２Ｖ后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过４．３Ｖ时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。在带有保护电路的电池中，当控制ＩＣ检测到电池电压达到４．２８Ｖ（该值由控制ＩＣ决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，其“ＣＯ”脚将由高电压转变为零电压，使Ｖ２由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于Ｖ２自带的体二极管ＶＤ２的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制ＩＣ检测到电池电压超过４．２８Ｖ至发出关断Ｖ２信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由Ｃ３决定，通常设为１秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

３、短路保护

电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使Ｕ＞０．９Ｖ（该值由控制ＩＣ决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，控制ＩＣ则判断为负载短路，其“ＤＯ”脚将迅速由高电压转变为零电压，使Ｖ１由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于７微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不一样。除了控制ＩＣ外，电路中还有一个重要元件，就是ＭＯＳＦＥＴ，它在电路中起着开关的作用，由于它直接串接在电池与外部负载之间，因此它的导通阻抗对电池的性能有影响，当选用的ＭＯＳＦＥＴ较好时，其导通阻抗很小，电池包的内阻就小，带载能力也强，在放电时其消耗的电能也少。

４、过电流保护

由于锂离子电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过２Ｃ（Ｃ＝电池容量／小时），当电池超过２Ｃ电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的２个ＭＯＳＦＥＴ时，由于ＭＯＳＦＥＴ的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值Ｕ＝Ｉ＊ＲＤＳ＊２，ＲＤＳ为单个ＭＯＳＦＥＴ导通阻抗，控制ＩＣ上的“Ｖ－”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使Ｕ＞０．１Ｖ（该值由控制ＩＣ决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，其“ＤＯ”脚将由高电压转变为零电压，使Ｖ１由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。在控制ＩＣ检测到过电流发生至发出关断Ｖ１信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由Ｃ３决定，通常为１３毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制ＩＣ的控制值，还取决于ＭＯＳＦＥＴ的导通阻抗，当ＭＯＳＦＥＴ导通阻抗越大时，对同样的控制ＩＣ，其过电流保护值越小。

５、过放电保护

电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至２．５Ｖ时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。在电池放电过程中，当控制ＩＣ检测到电池电压低于２．３Ｖ（该值由控制ＩＣ决定，不同的ＩＣ有不同的值）时，其“ＤＯ”脚将由高电压转变为零电压，使Ｖ１由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于Ｖ１自带的体二极管ＶＤ１的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制ＩＣ会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于０．１μＡ。在控制ＩＣ检测到电池电压低于２．３Ｖ至发出关断Ｖ１信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由Ｃ３决定，通常设为１００毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。

在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值，还取决于MOSFET的导通阻抗，当MOSFET导通阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小。

5、短路保护

电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U>0.9V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，控制IC则判断为负载短路，其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压，使T2由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似，只是判断方法不同，保护延时时间也不一样。

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！

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虽然不愿承认，但是生活中确实处处存在日本造！

日货一直是个很敏感的词汇，处于民族感情，有不少人对于日本的产品并不抱有好感。但是，不可否认的是，你所日常使用的产品，可能少不了日货的身影。

手机摄像头——索尼IMX 手机显示屏——JDI，夏普

大家现在也许每天都离不开手机，但这一个小小的设备中也是最常见集中了日本工业品的产品。

姑娘们现在都爱用手机的摄像头美美地自拍或者是留下各种漂亮的照片，不过相信不少人都已经知道了，手机摄像头目前水平最好，以及出货量最大的，就是索尼的IMX系列。

作为背照式CMOS的发明者，这种轻便但十分有效的感光元器件一经索尼的大力推广，就在手机这个体积有限，但功能需求高的设备上获得了极大的应用。尽管也有东芝、三星、OVI等厂家先后加入，但索尼的IMX系列传感器仍然牢牢把握着成像质量和出货量的头把交椅。

索尼的IMX传感器有大量的国内国外手机品牌在采用，几乎你所能看到的见的品牌都有采用过，甚至三星的机器都有在使用索尼的摄像头。

而另一块手机上的重头零件，就是显示屏了。

作为液晶商业化的重要国度，日本的液晶技术实力也在世界前列。夏普作为日本液晶的一大巨头，本身拥有多条8代以后的产线，在显示屏产业中拥有很高的地位。JDI本身为索尼、东芝、日立的合资企业，三者的深厚资历为JDI的技术和产品列下了有力的背书。JDI有丧心病狂的5.5英寸4k面板，夏普则是有IGZO IPS。

很多知名的手机品牌的屏幕也是以上两家屏幕生产商的忠实用户，JDI的主要用户有小米、华为等，当然其间最有名的应该就是apple了。夏普的显示面板的客户也众多，除了小米、魅族有在使用之外，中兴努比亚也是它的重要客户。

计算机主板——红宝石、尼吉康/富士通、日化电容 内存芯片——尔必达 固态硬盘、闪存——东芝

买主板的朋友们经常或许会被朋友们各种推荐：“这个用的是固态电容，东西比较好！”“全固态耐久度高，耐久时间长！”

刚才上图的就是固态电容，组成是一圈卷曲的铝皮。虽然生产电容的厂家众多，但是能够占据电容性能顶点的，却是日系厂商。红宝石的电解液电容，尼吉康/富士通和日化的固态电容长期富有盛名。在这方面，台系电容和国产电容虽然也在努力追赶，但始终在导通电阻（RDS）、可靠度、寿命等方面没法与日系相比。因此，一票高端产品中，毫无例外地清一色看到的都是日系电容的身影。

(红框中即为三星S5使用的尔必达内存颗粒与骁龙801的联合封装。)

PC行业中还有很多地方都是日系产品的影子，内存产业的尔必达，虽然现在已被镁光收购，早些年也是DRAM颗粒几大厂之一，三星S5的内存颗粒就来自于尔必达；东芝的NAND闪存在全行业内有着极高的市占率，1/3的市占（2014全年数据）让它成为不少存储行业的必选。除了固态硬盘中能够经常看到，iphone6s的存储颗粒也是东芝出品。

锂电池、可重复充电电池——松下/三洋的18650锂电

18659的锂电池用途是十分广泛的，任何需要使用重复充电的环节中，都能看到18650电池的身影。笔记本中有用18650做成的笔记本电池；移动电源不少便宜的是用18650电池做成的；甚至特斯拉MODEL S中，电池组所用的也是7104节18650锂电池。

然而在18650电池这块，顶级的18650电池仍然是日产，三洋绿皮、索尼和松下的蓝皮锂电都是18650电池的佼佼者，大量的产品在使用这些品牌的电池。除了特斯拉全部采用的是松下的18650锂电池之外，笔记本的电池中基本也是松下三洋占去大半。这方面上，虽然国产也有生产18650电池，但经常容量低于标称值、电池一致性差，还常常有二手电芯封装的问题，这还真让人没法放心地采购使用。

不能否认的是，日本产的零件、产品乃至整条产线都在影响着你我手中的产品。除了我们刚才所说的那些，用于汽车产业自动化的小松机器人，重型挖掘机和重型机械的三菱、日立、轴流风机的NMB（美蓓亚），三洋电机、为什么这些日系的零件和日系的产品经常出现在我们生活中的各种日常用品和各种角落中，大概只应了那句老话：不怕难而怕不认真。

有朝一日愿国产的各种零部件也能够越来越多地出现在我们的生活中。

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