可監(jiān)視電壓的1節(jié)可充電鋰電池保護(hù)電路

本電路采用S-82R1A保護(hù)IC，用于對(duì)1節(jié)鋰離子/鋰聚合物可充電電池組的過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流的保護(hù)。

電路原理

本電路通過(guò)把NTC熱敏電阻器連接于S-82R1A的熱敏電阻器連接端子（TH端子），可以進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。通過(guò)使用電池電壓監(jiān)視端子（BS端子），還能監(jiān)視電池電壓，實(shí)現(xiàn)了以下性能：
- 過(guò)熱檢測(cè)溫度+45°C ~ +85°C（1°C進(jìn)階）：精度±3°C
- 過(guò)充電檢測(cè)電壓 3.500 V ~ 4.800 V（5 mV進(jìn)階）：精度±15 mV
- 過(guò)充電解除電壓 3.100 V ~ 4.800 V：精度±50 mV
- 過(guò)放電檢測(cè)電壓 2.000 V ~ 3.000 V（10 mV進(jìn)階）：精度±50 mV
- 過(guò)放電解除電壓 2.000 V ~ 3.400 V：精度±75 mV
- 放電過(guò)電流1檢測(cè)電壓 3 mV ~ 100 mV（0.5 mV進(jìn)階）：精度±1.5 mV
- 放電過(guò)電流2檢測(cè)電壓 10 mV ~ 100 mV（0.5 mV進(jìn)階）：精度±3 mV
- 負(fù)載短路檢測(cè)電壓 20 mV ~ 100 mV（1 mV進(jìn)階）：精度±5 mV
- 充電過(guò)電流檢測(cè)電壓 -100 mV ~ -3 mV（0.5 mV進(jìn)階）：精度±1.5 mV
- 各種檢測(cè)延遲時(shí)間僅通過(guò)內(nèi)置電路即可實(shí)現(xiàn)（不需要外接電容）
- 放電過(guò)電流狀態(tài)解除電壓 : 放電過(guò)電流解除電壓（VRIOV） = VDD × 0.8（典型值）
- 休眠功能 : 有
- 高耐壓：VM端子、CO端子的絕對(duì)最大額定值28 V
工作時(shí)消耗電流：4.5μA（典型值）、6.0μA（最大值）（Ta = +25°C）
- 休眠時(shí)消耗電流： 50 nA（最大值）（Ta = +25°C）
- 過(guò)放電時(shí)消耗電流： 0.5μA（最大值）（Ta = +25°C）

1、通常狀態(tài)

通常狀態(tài)下，S-82R1A通過(guò)監(jiān)視連接在VDD-VSS間的電池電壓，VINI-VSS間電壓，以及NTC熱敏電阻器的溫度，來(lái)控制充電和放電。

電池電壓在過(guò)放電檢測(cè)電壓（VDL）以上、過(guò)充電檢測(cè)電壓（VCU）以下的范圍、VINI端子電壓在充電過(guò)電流檢測(cè)電壓（VCIOV）以上、放電過(guò)電流1檢測(cè)電壓（VDIOV1）以下的范圍、NTC熱敏電阻器的溫度在過(guò)熱檢測(cè)溫度（TTD）以下時(shí)，充電控制用FET和放電控制用FET都為ON。這種狀態(tài)稱(chēng)為通常狀態(tài)，可自由的進(jìn)行充放電。

初次連接電池時(shí)，有可能不能放電。這時(shí)，如果連接充電器就可變?yōu)橥ǔ顟B(tài)了。

2、過(guò)充電狀態(tài)

過(guò)充電狀態(tài)有2種情況：即過(guò)充電解除電壓和過(guò)充電檢測(cè)電壓相異（VCL ≠ VCU）、相同（VCL = VCU）。

（1）VCL ≠ VCU

當(dāng)通常狀態(tài)下的電池電壓在充電過(guò)程中超過(guò)VCU，且這種狀態(tài)保持在過(guò)充電檢測(cè)延遲時(shí)間（tCU）以上的情況下，充電控制用FET為OFF，會(huì)停止充電。這種狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)充電狀態(tài)。過(guò)充電狀態(tài)的解除，分為如下的2種情況。

如果VM端子電壓在低于0.35V（典型值）的情況下，當(dāng)電池電壓降低到過(guò)充電解除電壓（VCL）以下時(shí)，即可解除過(guò)充電狀態(tài)。

如果VM端子電壓在0.35V（典型值）以上的情況下，當(dāng)電池電壓降低到VCU以下時(shí)，即可解除過(guò)充電狀態(tài)。檢測(cè)出過(guò)充電之后，連接負(fù)載開(kāi)始放電，由于放電電流通過(guò)充電控制用FET的內(nèi)部寄生二極管流動(dòng)，因此VM端子電壓比VSS端子電壓增加了內(nèi)部寄生二極管的Vf電壓。此時(shí)，如果VM端子電壓在0.35V（典型值）以上的情況下，當(dāng)電池電壓在VCU以下時(shí)，即可解除過(guò)充電狀態(tài)。

（2）VCL = VCU

當(dāng)通常狀態(tài)下的電池電壓在充電過(guò)程中超過(guò)VCU，且這種狀態(tài)保持在tCU以上的情況下，充電控制用FET為OFF，會(huì)停止充電。這種狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)充電狀態(tài)。

當(dāng)VM端子電壓在0.35V（典型值）以上，并且電池電壓降低到VCU以下時(shí)，即可解除過(guò)充電狀態(tài)。檢測(cè)出過(guò)充電之后，連接負(fù)載開(kāi)始放電，由于放電電流通過(guò)充電控制用FET的內(nèi)部寄生二極管流動(dòng)，因此VM端子電壓比VSS端子電壓增加了內(nèi)部寄生二極管的Vf電壓。此時(shí)，如果VM端子電壓在0.35V（典型值）以上的情況下，當(dāng)電池電壓在VCU以下時(shí)，即可解除過(guò)充電狀態(tài)。

對(duì)于超過(guò)VCU而被充電的電池，即使連接了較大值的負(fù)載，也不能使電池電壓下降到VCU以下的情況下，在電池電壓降低到VCU以下為止，放電過(guò)電流檢測(cè)以及負(fù)載短路檢測(cè)是不能發(fā)揮作用的。但是，實(shí)際上電池的內(nèi)部阻抗有數(shù)十mΩ，在連接了可使過(guò)電流發(fā)生的較大值負(fù)載的情況下，因?yàn)殡姵仉妷簳?huì)馬上降低，因此放電過(guò)電流檢測(cè)以及負(fù)載短路檢測(cè)是可以發(fā)揮作用的。

檢測(cè)出過(guò)充電之后，在連接充電器的情況下，即使電池電壓降低到VCL以下，也不能解除過(guò)充電狀態(tài)。斷開(kāi)與充電器的連接，當(dāng)放電電流流動(dòng)，VM端子電壓上升到0.35V（典型值）以上時(shí)，既可解除過(guò)充電狀態(tài)。

3、過(guò)放電狀態(tài)

當(dāng)通常狀態(tài)下的電池電壓在放電過(guò)程中降低到VDL以下，且這種狀態(tài)保持在過(guò)放電檢測(cè)延遲時(shí)間（tDL）以上的情況下，放電控制用FET為OFF，會(huì)停止放電。這種狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)放電狀態(tài)。

在過(guò)放電狀態(tài)下，由于VDD－VM端子間可通過(guò)RVMD來(lái)進(jìn)行短路，因此VM端子會(huì)因RVMD而被上拉。在過(guò)放電狀態(tài)下如果連接充電器，當(dāng)VM端子電壓降低到0V（典型值）以下時(shí)，電池電壓在VDL以上，解除過(guò)放電狀態(tài)。VM端子電壓不低于0V（典型值）時(shí)，電池電壓在過(guò)放電解除電壓（VDU）以上，解除過(guò)放電狀態(tài)。
在過(guò)放電狀態(tài)下，沒(méi)有連接RVMS。

在過(guò)放電狀態(tài)下，當(dāng)VM端子電壓上升到0.7V（典型值）以上時(shí)，休眠功能則開(kāi)始工作，消耗電流將減少到休眠時(shí)消耗電流（IPDN）。通過(guò)連接充電器，使VM端子電壓降低到0.7V（典型值）以下，來(lái)解除休眠功能。

在過(guò)放電狀態(tài)下，即使VM端子電壓上升到0.7V（典型值）以上，休眠功能也不會(huì)工作。

4、放電過(guò)電流狀態(tài)

放電過(guò)電流狀態(tài)有4種情況：放電過(guò)電流1、放電過(guò)電流2、負(fù)載短路、負(fù)載短路2。

（1）放電過(guò)電流1、放電過(guò)電流2、負(fù)載短路

在通常狀態(tài)下的電池，由于放電電流達(dá)到指定值以上，會(huì)導(dǎo)致VINI端子電壓上升到VDIOV1以上，且此狀態(tài)持續(xù)保持在放電過(guò)電流1檢測(cè)延遲時(shí)間（tDIOV1）以上的情況下，放電控制用FET為OFF，會(huì)停止放電。這種狀態(tài)稱(chēng)為放電過(guò)電流狀態(tài)。

在放電過(guò)電流狀態(tài)下，VM－VSS端子間可通過(guò)RVMS來(lái)進(jìn)行短路。但是，在連接著負(fù)載的期間，VM端子電壓由于連接著負(fù)載而變?yōu)閂DD端子電壓。若斷開(kāi)與負(fù)載的連接，則VM端子恢復(fù)回VSS端子電壓。

當(dāng)VM端子電壓降低到VRIOV以下時(shí)，即可解除放電過(guò)電流狀態(tài)。在放電過(guò)電流狀態(tài)下，沒(méi)有連接RVMD。

（2）負(fù)載短路2

在通常狀態(tài)下的電池，連接了能導(dǎo)致放電過(guò)電流發(fā)生的負(fù)載，VM端子電壓上升到VSHORT2以上，且此狀態(tài)持續(xù)保持在負(fù)載短路檢測(cè)延遲時(shí)間（tSHORT）以上的情況下，放電控制用FET為OFF，會(huì)停止放電。這種狀態(tài)稱(chēng)為放電過(guò)電流狀態(tài)。

5、充電過(guò)電流狀態(tài)

在通常狀態(tài)下的電池，由于充電電流在指定值以上，會(huì)導(dǎo)致VINI端子電壓降低到VCIOV以下，且此狀態(tài)持續(xù)保持在充電過(guò)電流檢測(cè)延遲時(shí)間（tCIOV）以上的情況下，充電控制用FET為OFF，會(huì)停止充電。這種狀態(tài)稱(chēng)為充電過(guò)電流狀態(tài)。

斷開(kāi)與充電器的連接，當(dāng)放電電流流動(dòng)，VM端子電壓上升到0.35V（典型值）以上時(shí)，既可解除充電過(guò)電流狀態(tài)。在過(guò)放電狀態(tài)下，充電過(guò)電流檢測(cè)不發(fā)揮作用。

6、過(guò)熱保護(hù)狀態(tài)

當(dāng)連接于TH端子的NTC熱敏電阻器的溫度超過(guò)過(guò)熱檢測(cè)溫度（TTD），且此狀態(tài)持續(xù)維持在過(guò)熱檢測(cè)延遲時(shí)間（tTH）以上的情況下，充電控制用FET和放電控制用FET都為OFF，會(huì)停止充放電。這種狀態(tài)稱(chēng)為過(guò)熱保護(hù)狀態(tài)。

當(dāng)NTC熱敏電阻器的溫度低于過(guò)熱解除溫度（TTR）時(shí)，解除過(guò)熱保護(hù)狀態(tài)。在過(guò)放電狀態(tài)下，過(guò)熱檢測(cè)不工作。

7、電池電壓監(jiān)視端子（BS端子）

通過(guò)BS端子可以監(jiān)視VSS端子的電位。在通常狀態(tài)下，BS端子、VSS端子間通過(guò)RBSS連接。在通常狀態(tài)以外時(shí)，RBSS被切斷。但是，在過(guò)放電狀態(tài)連接充電器時(shí)，當(dāng)VM端子電壓降低到0V（典型值）以下，RBSS會(huì)被連接。

8、允許向0V電池充電

已被連接的電池電壓因自身放電，在為0V時(shí)的狀態(tài)下開(kāi)始變?yōu)榭蛇M(jìn)行充電的功能。在EB+端子與EB?端子之間連接電壓在向0V電池充電開(kāi)始充電器電壓（V0CHA）以上的充電器時(shí)，充電控制用FET的門(mén)極會(huì)被固定為VDD端子電壓。

借助于充電器電壓，當(dāng)充電控制用FET的門(mén)極和源極間電壓達(dá)到閾值電壓以上時(shí)，充電控制用FET將被導(dǎo)通（ON）而開(kāi)始進(jìn)行充電。此時(shí)，放電控制用FET為OFF，充電電流會(huì)流經(jīng)放電控制用FET的內(nèi)部寄生二極管而流入。在電池電壓變?yōu)閂DL以上時(shí)恢復(fù)回通常狀態(tài)。

9、禁止向0V電池充電

連接了內(nèi)部短路的電池（0V電池）時(shí)，禁止充電的功能。電池電壓在0V電池充電禁止電池電壓（V0INH）以下時(shí)，充電控制用FET的門(mén)極被固定在EB?端子電壓，而禁止進(jìn)行充電。當(dāng)電池電壓在V0INH以上時(shí)，可以進(jìn)行充電。

有可能存在被完全放電后，不推薦再一次進(jìn)行充電的鋰離子可充電電池。這是由于鋰離子可充電電池的特性而決定的，所以當(dāng)決定允許或禁止向0V電池充電時(shí)，請(qǐng)向電池廠(chǎng)商確認(rèn)詳細(xì)情況。

10、延遲電路

各種檢測(cè)延遲時(shí)間是將約4kHz的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)之后而分頻計(jì)算出來(lái)的。備注 tDIOV1, tDIOV2, tSHORT的計(jì)時(shí)是從檢測(cè)出VDIOV1時(shí)開(kāi)始的。因此，從檢測(cè)出VDIOV1時(shí)刻起到超過(guò)tDIOV2, tSHORT之后，當(dāng)檢測(cè)出VDIOV2, VSHORT時(shí)，從檢測(cè)出時(shí)刻起分別在tDIOV2, tSHORT之內(nèi)立即把放電控制用FET切換為OFF。

芯齊齊BOM分析

本電路通過(guò)S-82R1A電池保護(hù)IC，使用外接NTC熱敏電阻器，實(shí)現(xiàn)了高精度過(guò)熱保護(hù)電路，而且外接元器件精簡(jiǎn)。

其中，S-82R1A電池保護(hù)IC內(nèi)置高精度電壓檢測(cè)電路和延遲電路，自帶電池電壓監(jiān)視端子，各種檢測(cè)延遲時(shí)間僅通過(guò)內(nèi)置電路即可實(shí)現(xiàn) (不需要外接電容)。S-82R1A工作溫度范圍廣－40°C~+85°C， 采用HSNT-8（1616）封裝，無(wú)鉛（Sn 100%）、無(wú)鹵素。

BOM表中，如果FET的閾值電壓在過(guò)放電檢測(cè)電壓以上的情況下，有可能導(dǎo)致在過(guò)放電檢測(cè)之前停止放電的情況發(fā)生，應(yīng)該讓閾值電壓≤過(guò)放電檢測(cè)電壓。

電阻器中，由于過(guò)充電檢測(cè)電壓精度由R1 = 100Ω保證，連接其他數(shù)值的電阻會(huì)降低精度。因此，R1應(yīng)以實(shí)測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)，定型時(shí)選擇1% 精度精密電阻器。溫度檢測(cè)精度因NTC熱敏電阻器的規(guī)格不同而有所偏差，R4選擇阻值為470kΩ±1%精度的NTC熱敏電阻器。

審核編輯：湯梓紅