今天拿到一份电池厂给的锂电池规格书,发现里面有保护板的原理图、pcb layout、bom,就差给源文件了,看来这玩意也没太多秘密了,看见有电路资料瞬间来兴趣了,分析一下,学习学习。先说下一下这款锂电池的基本参数:
限充电压:4.2v
额定电压:3.7v
放电截止电压:3v
容量:6000mah(放电至3v)
标准充电电流:0.2c(1.2a)
以上为常用参数,其它参数就不介绍了,下面是保护板原理图。
草草看了一下和其它锂电池保护板相比,这款锂电池采用了两个电池保护ic,稍微复杂一些,负极串有两个小阻值电阻,估计是为了满足客户的电流输出能力而设定的,下面慢慢来分析一下这个保护板电路:
仔细看发现两个保护ic的型号虽然相同,但是后缀不同,查阅规格书发现参数有区别,肯定是有意为之,靠近电芯的ic过充电压低一些,过放电压高一些。两款保护ic参数如下:
这个保护板电路使用两个ms3312 mos管并联,没找到对应型号的规格书,但是找到了一个ped3312m,参数应该相近,用于电路分析,mos管内部电路如下,这是一个双mos管,内部漏极相连。
每一个保护ic控制一组四个mos管,这四个mos管进行串并联组合,vgs不变的情况下,我们可以根据rdson几乎不随漏极电流变化而变化可以得出,这四个mos串并联组合后整体相当于只有一个vds管压降。
过充检测:
保护ic通过pin5测量电芯电压,当电压大到一定程度关闭mos管,切断充电,注意两个保护ic的vss管脚连接的不是同一个地方,也就是参考gnd不一样。左侧的保护ic测量电芯两端的电压,而右侧的ic测量的是电芯电压+r5电压+vds。右侧ic测量的电压稍微高一些,但是右侧ic的过充电压也高,到底谁先发起过充保护呢?来算一下,假设以最大电流1.2a充电(实际上即将充满时电流很小),假设电芯电压为4.19v(左侧ic未保护),假设rdson = 4.7毫欧(根据mos管手册取值)
右侧ic测得的电压为
ur5 + vds + vbat =
1.20.007 + 0.00471.2 + 4.19 = 4.204v
远没有达到4.275v,所以是左侧ic首先出现过充保护。对于过充保护,右侧ic起到备胎的作用,一旦左侧ic出现故障可以及时接管。
过放检测:
左侧ic的过放保护电压是2.5v,右侧过放保护电压是2.3v,两个值差距较大,当电芯电压从高压逐渐降低时,首先是左侧ic出现过放保护,切断输出。
充电/放电过流检测:
充电ic通过采集pin2的电压来检测电流,当电压达到触发值时关断mos管,由于两个ic的参考gnd不一样,所以计算方法也不一样。
左侧ic的pin2采集电压:ur5 + vds + ur8
右侧ic的pin2采集电压:vds + ur8
左侧采集的电压高,两个ic的充电/过放电流检测值相同,可见电流增大时,左侧ic首先保护,右侧ic起到备胎的作用。
注意:
保护板一般都采用测量mos的导通电压间接测量电流,这个电压误差很大,所以过流检测误差很大,当然电池厂设计保护板时都留有余量,对于使用电池一方,不能只依靠保护板来保护电池,合理的设计充电电路以及合理充电算法也是对电池的一种安全保护。
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