隨著科技進步與社會發(fā)展，象手機、筆記本電腦、MP3播放器、PDA、掌上游戲機、數(shù)碼攝像機等便攜式設備已越來越普及，這類產品中有許多是采用鋰離子電池供電，而由于鋰離子電池的特性與其它可充電電池不同，內部通常都帶有一塊電路板，不少人對該電路的作用不了解，本文將對鋰離子電池的特點及其保護電路工作原理進行闡述。 

 

鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，目前在部分耗電量較低的便攜式電子產品中主要使用不可充電的一次鋰電池，而在筆記本電腦、手機、PDA、數(shù)碼相機等耗電量較大的電子產品中則使用可充電的二次電池，即鋰離子電池。 

 

與鎳鎘和鎳氫電池相比，鋰離子電池具備以下幾個優(yōu)點： 

 

電壓高，單節(jié)鋰離子電池的電壓可達到3.6V，遠高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V 電壓。 

 

容量密度大，其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1.5-2.5 倍。 

 

荷電保持能力強（即自放電?。?，在放置很長時間后其容量損失也很小。 

 

壽命長，正常使用其循環(huán)壽命可達到500 次以上。 

 

沒有記憶效應，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。 

 

由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程中，其內部進行電能與化學能相互轉化的化學正反應，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內部發(fā)生化學副反應,該副反應加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產生大量氣體，使電池內部壓力迅速增大后爆炸而導致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。 

 

下頁中的電路圖為一個典型的鋰離子電池保護電路原理圖。 

如圖中所示，該保護回路由兩個MOSFET（V1、V2）和一個控制IC（N1）外加一些阻容元件構成?？刂艻C負責監(jiān)測電池電壓與回路電流，并控制兩個MOSFET的柵極，MOSFET在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷，C3為延時電容，該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能，其工作原理分析如下： 

 

 

在正常狀態(tài)下電路中N1 的“CO”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個MOSFET 都處于導通狀態(tài)，電池可以自由地進行充電和放電，由于MOSFET 的導通阻抗很小，通常小于30 毫歐，因此其導通電阻對電路的性能影響很小。

 

此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μA 級，通常小于7 μA。 

 

 

鋰離子電池要求的充電方式為恒流/ 恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4.2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4.1V)，轉為恒壓充電，直至電流越來越小。 

 

電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4.2V后繼續(xù)恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)上升，當電池電壓被充電至超過4.3V 時，電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。 

 

在帶有保護電路的電池中，當控制IC檢測到電池電壓達到4.28V（該值由控制IC決定，不同的IC 有不同的值）時，其“CO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷海筕2 由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。而此時由于V2 自帶的體二極管VD2 的存在，電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。 

 

在控制IC檢測到電池電壓超過4.28V至發(fā)出關斷V2信號之間，還有一段延時時間，該延時時間的長短由C3 決定，通常設為1 秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 

 

 

電池在對外部負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當電池電壓降至2.5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續(xù)對負載放電，將造成電池的永久性損壞。 

 

在電池放電過程中，當控制IC檢測到電池電壓低于2.3V（該值由控制IC決定，不同的IC 有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V1 由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。而此時由于V1 自帶的體二極管VD1 的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。 

 

由于在過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極小，此時控制IC 會進入低功耗狀態(tài)，整個保護電路耗電會小于0.1 μA。 

 

在控制IC檢測到電池電壓低于2.3V至發(fā)出關斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3 決定，通常設為100 毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。 

 

 

由于鋰離子電池的化學特性，電池生產廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C（C= 電池容量/ 小時），當電池超過2C 電流放電時，將會導致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。

 

電池在對負載正常放電過程中，放電電流在經過串聯(lián)的2個MOSFET時，由于MOSFET的導通阻抗，會在其兩端產生一個電壓，該電壓值U=I*RDS*2, RDS為單個MOSFET導通阻抗，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因導致異常，使回路電流增大，當回路電流大到使U>0.1V（該值由控制IC 決定，不同的IC 有不同的值）時，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使V1 由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護作用。 

 

在控制IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關斷V1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間的長短由C3 決定，通常為13 毫秒左右，以避免因干擾而造成誤判斷。