锂电池过充电、过放电、过流及短路保护电路原理及电路图

下图为一个典型的锂离子电池保护电路原理图。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.

锂电池保护工作原理:

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、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。

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、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。

常用的锂电池充电电路，你知道哪些？

常用的锂电池充电电路

一、对锂电池的了解

1、锂电池的充电：

根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内时，应停止充电。

充电电流（mA）=0.1～1.5倍

电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。

2、锂电池的放电

因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）=电池容量/放电电流。锂电池放电电流（mA）不应超过电池容量的3倍。（如1000mAH电池，则放电电流应严格控制在3A以内）否则会使电池损坏。

标准地，一般锂电池的充放电公式可以定义为：

充放电时间（分钟）=容量*1.1/电流（mA）*60

其中，1.1代表系数；

3、锂电池保护电路

充电保护电路，选择芯片DW01和GTT8205的组合，可以做到短路保护，过充过放电的保护。

该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01，充、放电控制MOSFET1（内含两只N沟道MOSFET）等部分组成，单体锂电池接在B+和B-之间，电池组从P+和P-输出电压。充电时，充电器输出电压接在P+和P-之间，电流从P+到单体电池的B+和B-，再经过充电控制MOSFET到P-。在充电过程中，当单体电池的电压超过4.35V时，专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到2.30V时，DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，DW01的CS脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制MOSFET的导通压降剧增，CS脚电压迅速升高，DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断，从而实现过电流或短路保护。

二、单节锂电池充电电路 \

1、二极管充电电路

原理： 如下图一，DC5V流经肖特基二极管D1后，经过一个限流电阻R1接到电池。其中Q1、R2、R3、LED1为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后D1、R1上的压降将降低，从而使Q1截止，LED将熄灭。为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1小时左右。

2、4054充电电路

3. TP4056充电电路

TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定啊电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目，使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。下面以简捷的电路说明一下TP4056在设计中需要注意的地方。

(1) 充电电流可以通过电阻R8进行编程。公式：IBAT = 1200 / R8 精度在10%；

(2) 充电状态，红灯亮，绿灯灭；充满状态，红灯灭，绿灯亮；

(3) TEMP正常连接（连接到电池的NTC），当出现欠压，电池温度过高、过低、无电池等故障状态时，红灯灭，绿灯灭；图三电路中，TEMP直接接地，因此不具有此状态；

(4) BAT接10UF的电容，无电池（TEMP端接地）时，红灯闪烁，绿灯亮；

(5) Layout的时候，由于TP4056为ESOP8封装，所以芯片底部要开窗，使芯片更好的接地，且Bottom层也要适当的加大开窗面积，加强TP4056的散热；

(6) 如果需要增加热调节电流功能，需要在DC5V串一个0.25欧1206封装的电阻；

加0.25欧电阻的作用：降低内部MOSFET两端的压降能够显著减少IC中的功耗。在热调节期间，这具有增加输送至电池的电流的作用。对策之一是通过一个外部元件（例如一个电阻器或二极管）将一部分功率耗散掉。

充电器在工作的时候会发热，在发热的情况下，比如规定最大充电电流为1A，实际上发热以后充电电流达不到1A，越热输出电流越小，为了解决这个问题，就是连接一个电阻，将一部分功率耗散掉。

让这个电阻承担一部分热量，减小芯片发热，来增加锂电池充电电流。

三、双节锂电池充电电路

1、DC5V给7.4V锂电池充电

注意事项 ：

1.对于蓝牙音响等存在电池边充边放的应用，2脚BAT上应有足够的电容，确保BAT上的纹波小于100mV，否则BAT上的纹波会干扰IP2322的检测，出现拔掉VIN输入，充电灯还亮的问题；

2.R9的作用：保护芯片的第8脚，防止充电器上的瞬时高压损坏芯片；

3.R15的作用：防止出现拔掉充电线，充电灯还亮的问题；

4.肖特基二极管D2的正向电流要大于1A，不能使用IN5819（S4）,建议使用经常用到的SS14、SS24、SS34等；

5.Layout时，电感应尽量靠近芯片摆放，且电感下面不能走线，电感同层下面的铜要挖空。

2. DC9V经过二极管给7.4V锂电池充电电路

原理： 如下图五，DC9V流经肖特基二极管D5后，经过一个限流电阻R18接到7.4V电池。其中Q3、R21、R17、LED6为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后D5、R18上的压降将降低，从而使Q3截止，LED6将熄灭。为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1小时左右。