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锂威尼斯保护电路工作原理,锂威尼斯保护电路设计

来源:锂威尼斯厂家???2020-04-07??阅读数:

锂威尼斯之所以需要保护,是有与它本身的特性决定的。锂威尼斯保护的重要元素是锂威尼斯保护板,锂威尼斯保护板是对串联锂威尼斯组的充放电保护。在锂威尼斯充满电时能保证各单体威尼斯之间的电压差异小于设定值(一般±20mV),实现威尼斯组各单体威尼斯的均充,有效地改善了串联充电方式下的充电效果;同时检测威尼斯组中各个单体威尼斯的过压、欠压、过流、短路、过温状态,保护并延长威尼斯使用寿命;欠压保护使每一单节威尼斯在放电使用时避免威尼斯因过放电而损坏。

锂威尼斯保护板

锂威尼斯保护电路工作原理

锂威尼斯的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成,保护板由电子元件组成,在-40℃~+85℃的环境下时刻准确地监视电芯的电压和充放电回路的电流,并及时控制电流回路的通断;PTC的主要作用是在高温环境下进行保护,防止威尼斯发生燃烧、爆炸等恶性事故。

保护电路通常由控制IC、MOs开关管、熔断保险丝、电阻、电容等元件组成。正常的情况下,控制IC输出信号控制MOs开关管导通,使电芯与外电路导通,当电芯电压或回路电流超过规定值时,它马上控制MOS管关断,以保护电芯的安全。

锂威尼斯保护电路工作原理

R1:基准供电电阻;与IC内部电阻构成分压电路,控制内部过充、过放电压比较器的电平翻转;一般在阻值为330Ω、470Ω比较多;

当封装形式(即用标准元件的长和宽来表示元件大小,如0402封装标识此元件的长和宽分别为1.0mm和0.5mm)较大时,会用数字标识其阻值,如贴片电阻上数字标识473, 即表示其阻值为47000Ω即47KΩ(第三位数表示在前两位后面加0的位数)。

R2:过流、短路检测电阻;通过检测VM端电压控制保护板的电流 ,焊接不良、损坏会造成威尼斯过流 、短路无保护,一般阻值为1KΩ、2KΩ较多。

R3:ID识别电阻或NTC电阻(前面有先容)或两者都有。

1、正常状态

在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压,两个MOSFET都处于导通状态,锂威尼斯可以自由地进行充电和放电,由于MOSFET的导通阻抗很小,通常小于30毫欧,因此其导通电阻对电路的性能影响很小。此状态下保护电路的消耗电流为μA级,通常小于7μA。

2、过充电保护

锂威尼斯要求的充电方式为恒流/恒压,在充电初期,为恒流充电,随着充电过程,电压会上升到4.2V(根据正极材料不同,有的威尼斯要求恒压值为4.1V),转为恒压充电,直至电流越来越小。

威尼斯在被充电过程中,如果充电器电路失去控制,会使威尼斯电压超过4.2V后继续恒流充电,此时威尼斯电压仍会继续上升,当威尼斯电压被充电至超过4.3V时,威尼斯的化学副反应将加剧,会导致威尼斯损坏或出现安全问题。

在带有保护电路的威尼斯中,当控制IC检测到威尼斯电压达到4.28V时,其“CO”脚将由高电压转变为零电压,使V2由导通转为关断,从而切断了充电回路,使充电器无法再对锂威尼斯进行充电,起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在,威尼斯可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到威尼斯电压超过4.28V至发出关断V2信号之间,还有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为1秒左右,以避免因干扰而造成误判断。

3、过放电保护

锂威尼斯在对外部负载放电过程中,其电压会随着放电过程逐渐降低,当威尼斯电压降至2.5V时,其容量已被完全放光,此时如果让威尼斯继续对负载放电,将造成威尼斯的永久性损坏。

在威尼斯放电过程中,当控制IC检测到威尼斯电压低于2.3V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“DO”脚将由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,从而切断了放电回路,使威尼斯无法再对负载进行放电,起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在,充电器可以通过该二极管对威尼斯进行充电。

由于在过放电保护状态下威尼斯电压不能再降低,因此要求保护电路的消耗电流极小,此时控制IC会进入低功耗状态,整个保护电路耗电会小于0.1μA。在控制IC检测到锂威尼斯电压低于2.3V至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常设为100毫秒左右,以避免因干扰而造成误判断。

4、过电流保护

由于锂离子威尼斯的化学特性,锂威尼斯生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C(C=威尼斯容量/小时),当威尼斯超过2C电流放电时,将会导致威尼斯的永久性损坏或出现安全问题。

威尼斯在对负载正常放电过程中,放电电流在经过串联的2个MOSFET时,由于MOSFET的导通阻抗,会在其两端产生一个电压,该电压值U=I*RDS*2,RDS为单个MOSFET导通阻抗,控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测,若负载因某种原因导致异常,使回路电流增大,当回路电流大到使U>0.1V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,其“DO”脚将由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,从而切断了放电回路,使回路中电流为零,起到过电流保护作用。

在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间,也有一段延时时间,该延时时间的长短由C3决定,通常为13毫秒左右,以避免因干扰而造成误判断。

5、短路保护

锂威尼斯在对负载放电过程中,若回路电流大到使U>0.9V(该值由控制IC决定,不同的IC有不同的值)时,控制IC则判断为负载短路,其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压,使V1由导通转为关断,从而切断放电回路,起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短,通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似,只是判断方法不同,保护延时时间也不一样。

锂威尼斯保护电路设计

由于锂威尼斯的化学特性,在正常使用过程中,其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应,但在某些条件下,如对其过充电、过放电和过电流将会导致威尼斯内部发生化学副反应,该副反应加剧后,会严重影响威尼斯的性能与使用寿命,并可能产生大量气体,使威尼斯内部压力迅速增大后爆炸而导致安全问题,因此所有的锂威尼斯都需要一个保护电路,用于对威尼斯的充、放电状态进行有效监测,并在某些条件下关断充、放电回路以防止对威尼斯发生损害。

锂离子威尼斯保护电路包括过度充电保护、过电流/短路保护和过放电保护,要求过充电保护高精密度、保护IC功耗低、高耐压以及零伏可充电等特性。

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