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。

【桃园三兄弟】单节锂电池如何设计电源电路？

桃园三兄弟刘关张搞电路。

三国公司的魏国研发部最近就智能手表采用单节锂电池供电，但是单片机的供电系统需要的是稳定的3.3伏，因这个问题可把刘备头疼的。这不今天刘备又召开了就采用单节锂电池如何设计电源电路的专题会议，其中参会人员有张飞、关羽、刘备、诸葛亮。

刘备主持会议率先发言说道：曹操的部门最近项目进度很好，我们可不能再出现任何纰漏和项目延误了，无论如何都得加班在规定时间内搞定。话说回来这个电源方案你们什么时候能给我定下来？说罢就让张飞发言该如何选定方案。张飞说直接用5伏特的ldo电路降压到3.3伏特即可。

接着关羽发表讲话，他说这个是硬件问题，他不擅长让刘备做决定。此时刘备看向诸葛亮并问到：先生可有良策？诸葛亮回复到：亮有一计。紧接着开始分析说因为采用单节锂电池供电会出现电池电压在2.7伏到4.2伏，且理论上不建议用到2.7伏，所以范围缩小到3伏至4.2伏。如此一来张飞的ldo方案也就不便使用。

张飞一听便有不快之意的哼了一声诸葛亮。接着说到此类情况建议使用h桥结构的自动升压电路，很好的保证3伏到4.2伏之间都能稳定输出3.3伏的电源。mps公司就有一款mp2155g的芯片可用。刘备一听大喜，先生真乃神人也，就这么定了。二弟三弟按照军师的方案推动项目进行下一步，没其他问题就散会吧。

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