基于DW01芯片的鋰電池保護電路設計　

摘要：本文介紹了DW01芯片的結構以及工作原理，并給出了單節鋰電池的雙重保護電路設計，該電路具有體積小巧、保護靈敏等特點(diǎn)。

引言

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的手持設備在煤礦井下得到了廣泛的應用。為了提高手持設備的續航能力，其供電電池多采用鋰電池供電。而為了保證鋰電池供電手持儀器在煤礦井下的安全使用，鋰電池必須帶有保護電路，防止其過(guò)充、過(guò)放以及短路保護。本文以DW01為主要芯片，設計了一款單節鋰電池保護電路，具有體積小巧、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

1 DW01芯片介紹

　　DW01是一款單節可充電鋰電池保護集成電路，具有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流及短路保護功能。內部包含：三個(gè)電壓檢測電路、一個(gè)基準電路、一個(gè)延遲電路、一個(gè)短路保護電路和一個(gè)邏輯電路，其結構如圖1所示。DW01采用SOT23-6封裝，其引腳分布及外形如圖2所示，引腳功能如表1所示^[1]。

2 電路設計及電路工作原理

　　由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，對儀器設備安全性要求更為嚴格，在電路設計時(shí)均采用雙重保護。因此，本文中由2塊DW01和2塊SPN8822A芯片設計為雙重保護電路，其原理圖如圖3所示^[2]。

2.1 鋰電池保護板正常工作過(guò)程^[3]

　　當電芯電壓在2.5V至4.3V之間時(shí)，DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等于供電電壓)，第二腳電壓為0V。此時(shí)DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到SPN8822A的第4、5腳，SPN8822A內的兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)因其G極接到來(lái)自DW01的電壓，故均處于導通狀態(tài)，即兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)均處于開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，電芯的負極與保護板的P-端相當于直接連通，保護板有電壓輸出。

2.2 鋰電池保護板過(guò)放電保護控制原理

　　當電芯通過(guò)外接的負載進(jìn)行放電時(shí)，電芯的電壓將慢慢降低，同時(shí)，DW01內部將通過(guò)R200電阻實(shí)時(shí)監測電芯電壓，當電芯電壓下降到約2.3V時(shí)，DW01將認為電芯電壓已處于過(guò)放電電壓狀態(tài)，便立即斷開(kāi)第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，SPN8822A內的開(kāi)關(guān)管因第4腳無(wú)電壓而關(guān)閉。此時(shí)電芯與保護板之間處于斷開(kāi)狀態(tài)，即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護板處于過(guò)放電狀態(tài)并一直保持。等到保護板接上充電電壓后，DW01檢測到充電電壓后便立即停止過(guò)放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使SPN8822A內的過(guò)放電控制管導通，即電芯與保護板又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。

2.3 鋰電池保護板過(guò)充電保護控制原理

　　當電池通過(guò)充電器正常充電時(shí)，隨著(zhù)充電時(shí)間的增加，電芯的電壓將越來(lái)越高，當電芯電壓升高到4.4V時(shí)，DW01將認為電芯電壓已處于過(guò)充電電壓狀態(tài)，便立即斷開(kāi)第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，SPN8822A內的開(kāi)關(guān)管因第5腳無(wú)電壓而關(guān)閉。此時(shí)，電芯與保護板之間處于斷開(kāi)狀態(tài)，即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電，保護板處于過(guò)充電狀態(tài)并一直保持。等到保護板接上放電負載后，因此時(shí)雖然過(guò)充電控制開(kāi)關(guān)管關(guān)閉，但其內部的二極管正向與放電回路的方向相同，故放電回路可以進(jìn)行放電。當電芯的電壓低于4.3V時(shí)，DW01停止過(guò)充電保護狀態(tài)，重新在第3腳輸出高電壓，使SPN8822A內的過(guò)充電控制管導通，即電芯與保護板又重新接上，電芯又能進(jìn)行正常的充放電。

2.4 保護板短路保護控制原理

　　在保護板對外放電的過(guò)程中，SPN8822A內的兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)并不完全等效于兩個(gè)機械開(kāi)關(guān)，而是等效于兩個(gè)阻值很小的電阻，并稱(chēng)為SPN8822A的導通內阻。每個(gè)開(kāi)關(guān)的導通內阻約為30mΩ，加在G極上的電壓實(shí)際上是直接控制每個(gè)開(kāi)關(guān)管的導通內阻大小的。當G極電壓大于1V時(shí)，開(kāi)關(guān)管的導通內阻很小(幾十毫歐)，相當于開(kāi)關(guān)閉合;當G極電壓小于0.7V時(shí)，開(kāi)關(guān)管的導通內阻很大(幾MΩ)，相當于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實(shí)現了過(guò)電流保護。

3 結束語(yǔ)

　　該電路設計具有體積小、成本低、可靠性和穩定性高等優(yōu)點(diǎn)，適用于中、小功率電子設備，并且該產(chǎn)品已在煤礦井下的便攜設備中得到了大量的應用。

參考文獻：

　　[1] DW01數據手冊[EB/OL],http://wenku.baidu.com/view/64b4aaf3f90f76c661371a64.html.

　　[2]SPN8822A數據手冊[EB/OL],http://www.micro-bridge.com/data/syncpower/SPN8822A.pdf.

　　[3]鋰離子電池保護電路原理分析[EB/OL].電子開(kāi)發(fā)網(wǎng).http://www.dzkf.cn/html/dianziDIY/2007/0215/1600.html.

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第7期第71頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。