锂电池保护电路原理
最近忙着出货处理，所以一直没有更新，今天看到留言里有个朋友说公司是做锂电池的，据我所知，目前我们手机使用的应该都是化合物电池，而锂电池应该在之前几年比较流行，像是 MP3 播放器，PDA，数码摄像机等等。
这个朋友留言问锂电池里面的线路板起什么作用，这个线路板的基本作用就是保护，但是为了更加清楚的了解原理，我们需要了解锂电池的组成和工作。
锂电池也分为两种，一种是可充电的二次电池，我们称为锂离子电池，一般使用在我们以前的笔记本电脑，手机，PDA 等价格比较高的产品中，另一种是不可充电的一次电池，我们也称为锂电池，一般使用在耗电量低的便携式电子产品中。
锂离子电池在正常使用时，电池内部的化学能和电能进行互相转化，但是如果我们过充、过放或者过流都会导致电池内部化学能产生副反应，之后在使用过程中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，就是为了防止这些问题发生，所以锂离子电池内部都设有一块保护线路。
我从网上下载了一个比较常见的锂离子电池保护线路，如下图所示：
这个保护线路是由两个 MOS 管 V1、V2 和一个控制 IC 外加一些阻容元器件共同构成，控制芯片负责检测电池电压与回路电流，并控制两个 MOS 的栅极、MOS 管在电路中起到开关作用，分别控制着充电回路和放电回路的导通和关断，C3 为延时电容，这个电路看着简单，但是却具有过充电保护、过放电保护、过电流保护及短路保护的功能。
在电池正常状态下，电路中 N1 的 CO 和 DO 都处于高电位，两个 MOS 管都处于导通状态，电池可以自由的进行充放电。
在电池处于过充过程中，如果充电器电路失去控制，在没有保护线路时，电池电压超过 4.2 后继续恒流充电，当电压超过 4.3V 时，电池的化学负反应会加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。
但是在带有保护线路的锂离子电池中，当控制芯片检测到电池电压达到芯片内部设置的一个值时，CO 脚会由高电位转换为零电压，V2 就会从导通转为关断，从而切断充电回路，使充电器无法再对电池进行充电操作，起到了保护作用。而且由于 V2 自带二极管 VD2 的存在，所以电池可以通过二极管对外部负载进行放电。
为了避免芯片出现误判动作，所以在电池电压超过芯片设定的一个值后到关断 MOS 管之间有一个缓冲时间，这个时间是由 C3 决定的，依照标准，一般设定为 1 秒。
过放电操作主要是芯片检测到电池电压低于某一个设定值后，DO 的电压由高电位转化为零电压，V1 由导通转为截止，从而切断了放电的回路，电池无法对负载进行放电操作，但是 V1 自带二极管 VD1，所以充电器可以通过这个二极管对电池进行充电操作。
过流保护依靠的是芯片上的 V- 脚对回路电流进行检测，如果电流大到设定值后，V1 也会自动翻转截止。
短路保护则是判断电池瞬时电流大于某一个值时，就会自动触发短路保护机制，DO 则会进行翻转，V1 进行关断操作。
深入剖析锂电池保护电路的工作原理
举一个不恰当的例子，电池的充放电就像孩子喝母乳一样。
1，如果一直让孩子喝，家长不加以控制，那么这个奶可能会被喝光，类似电池
2，如果家长一直不给孩子喝奶，这个奶就会积攒越来越多，类似电池过充 ；
3，如果孩子喝奶喝的急，容易呛奶，类似电池的过电流保护 ；
科学喝奶，规律喝奶，需要家长的监督，那电池如何做到科学充电和放电呢？
锂电池都有一个使用的安全电压区间，最高和最低电压一般被称为充放电终止电压或截止电压 ，当电池的实际工作电压长时间低于放电终止电压或者长时间高于充电终止电压时，电池内部将发生不可逆转的伤害，严重伤害电池，导致性能下降，俗称电池衰减 ，电池衰减的表现就是电池的内阻增大，容量下降等。
所以一般锂离子电池内部会有一个小的PCB板，和电池封装在一起，如下图所示，主要作用就是用来保护电池。
红色框选部分为电池保护板
这个电路板根据组成电路不同，一般会有过放保护 、过充保护 、过流保护 、短路保护 以及控制IC失效之后的FUSE保护 这几种，下面会以一个常见的电路，讲解这几种保护的工作原理。
▉ 锂电池保护板组成
一般的锂电池保护板由控制IC 、MOS管 、电阻电容 、保险丝FUSE 等组成，如下图所示。
常见的锂电池保护板电路图
TH为温度检测 ，内部是一个10K NTC 接到电池负极；ID是电池在位检测 ，一般是47K/10K 电阻接到电阻负极，有的是0R电阻；TH和ID均是选配，并不是所有锂电池都有的。
接着根据上面这么电路，来看一下如下几种保护的工作原理吧！
▉ 过充保护
电池充电时，电流（方向如箭头所示） 从电池包的正极流入，经过FUSE后从负极流出，最下方的两个MOS管均是导通状态。
电池充电时电流方向如箭头所示
充电时，控制IC X1会时刻监测第5脚VDD和第6脚VSS之间的电压，当这个电压大于等于过充截止电压且满足过充电压的延时时间时 ，X1会通过控制第3脚来关闭MOS管Q2，Q2被关闭之后，充电回路被切断（Q2的体二极管D2也是反向截止的），这个时候，电池只能放电。
过充保护解除条件（满足其一即可）：
1， 电芯两端的电压下降到保护IC的过充恢复电压。
2， 在电池包得输出端加负载放电，放电到电压小于过充保护电压。
▉ 过放保护
在电池包两端加负载放电时，电流（方向如箭头所示）与充电是相反的，如下图所示。
电池放电时电流方向如箭头所示
放电时，控制IC X1同样会时刻监测第5脚VDD和第6脚VSS之间的电压，当这个电压小于等于过放截止电压且达到过放电压的延时时间 ，控制IC X1会通过第1脚关闭Q1，Q1被关闭之后，放电回路被切断（Q1的体二极管D1是反向截止），这个时候，电池只能充电。
过放保护解除条件 ：拿掉负载，给电池包充电，当VM-VDD之间的电压达到过放恢复电压值时，控制IC X1会重新打开MOS管Q1。
▉ 过流保护/短路保护
过流保护指的是过放电流的保护 ，一般的控制IC有过流保护和短路保护两种，控制IC时刻监测VSS-VM之间的电压值，当电压值达到过流保护或者短路保护的阈值且满足延时时间 ，控制IC会将MOS管Q1关闭，切断放电回路。
电池放电时电流方向如箭头所示
过电流保护解除的条件是 ：将输出端负载拿掉，控制IC会自动将Q1重新打开。
过流保护的电压值一般是0.1~0.2V，短路保护检测的电压值一般是0.9V~2V，这两个值都与控制IC有关系，不同的IC，这两个值不一样。
短路保护电压值指的是电流流经Q1和Q2上的导通压降 ，即可以得出，如果MOS管的导通内阻越大，保护电流值就越小。如：内阻为20mΩ的MOS管，选用的过电流值为0.15V的控制IC，那过流保护的电流应为：0.15V/（0.02*2）=3.75A。
▉ 控制IC失效之后的FUSE保护
有的保护板里面会加上保险丝，在控制IC失效之后，起到一个二级保护作用，避免更坏的结果，当然也会增加成本。
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