单节锂电池保护
单节锂电池保护
和镍氢电池相比较锂电池由于其体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池、自放电率低…等优点在许多方面得到了广泛应用。但与镍氢电池相比，能量密度更高的锂电池在安全方面则显的更为重要。所以，在锂电池的使用过程中，合理的保护线路是锂电池正常、安全工作必不可少的要求。
事实上锂电池有锂金属电池、锂离子电池和锂聚合物电池之分；其中锂金属电池通常作为一次电池，也就是不可充电电池，其放电电流不大，应用也不是很广泛；目前我们常说的锂电池实际上是锂离子电池，也是目前应用最广泛的锂电池，在手机、PDA、掌上数码设备上几乎都是锂离子电池的天下；锂聚合物电池是第三代锂电池，它的安全性能、能量密度、最大放电电流、对环境的污染等参数是目前三种锂电池中最优秀的，日后的发展趋势当是最好的，而且它的充电管理和保护部分几乎与现有的锂离子电池兼容应用起来很方便。在以下文字中以锂离子电池为例说明保护线路的设计，文字中锂电池指锂离子电池。
常规的锂电池标称电压为3.6V或3.7V，充满电后为4.1V或4.2V。多节锂电池可以并联或串联以获得更大的容量或更高的电压。单节锂电池的保护线路设计和多节串联的保护线路设计有
所不同。先介绍单节锂电池保护电路的设计。
手机电池激活一、保护电路的功能
1 过充电保护：对锂电池来说，其充电后最高电压不得超过4.2V，否则电池内的电解质会被分解,使得温度上升并产生气体,降低电池的使用寿命，严重时甚至会引起爆炸，所以锂电池保护电路一定要保证锂电池绝对不可过度充电。
2 过放电保护：和过充一样，锂电池在过度放电的时候，也会缩短其使用寿命，而且过充过放对锂电池造成的损害是不可逆的。
3 过电流/短路保护：锂电池的最大放电电流有一定限制，过大的放电电流同样会引起锂电池的不可恢复的损坏，影响其使用寿命。若由于外部短路引起锂电池大电流放电时要立刻停止放电，否则对锂电池本身和外部设备都可能会造成严重的损害。
    二、保护功能的实现
        目前可以实现锂电池保护功能的芯片很多，单节锂电池保护的方案已经很  成熟，国
外、台湾、大陆都有很多种芯片可以选择，目前日系理光和精工的方案采用的比较多，比如精工S8421，理光的R5421、R5426等。这两款方案成熟，外围电路简单，但是价格贵。台湾也有几家公司做比如AIC和富晶，据说深圳那边用的比较多，另外还有CS213好像是新德的产品，用的也不少。大陆杭州有家士兰微电子公司做的SC451，其外围电路和理光的R5421完全一样，可以直接替换，不过据说SC451在零下10度的时候工作不正常，不过我没有试过，有用过的同行不妨确认一下。另外以做摄像头DSP芯片出名的中星微也推出了几款锂电池保护管理IC，至于效果我并没有用过，也不大清楚。
        各种保护IC实现的功能相差无几，其保护模式和外部线路也大同小异，在实际应用中可根据需要选择不同IC，下面以SC451为例。SC451为保护IC，SOT-23-6封装，提供过充过放过流保护，M1、M2为N-MOS，在线路中起开关作用，当线路发生异常时，SC451动作，使M1、M2处于关断状态，切断锂电池供电回路，达到保护锂电池的目的。
       
    1 过充电保护：不同IC，同IC的不同型号的过充电保护电压是不同的，有4.25V也有4.35V的，这个都需要根据使用的实际情况选择。SC451的过充保护电压在4.28~4.38之间，
典型值为4.34V，也就是说当电池电压上升到4.34V时M2动作，切断供电回路，停止充电，显然比4.2V要高出不少，但在充电过程中，为了防止脉冲电压的干扰引起保护线路保护动作，保护IC的过保护电压取值都会稍微高些，另外还是为了防止这个脉冲引起保护IC误动作，通常过充保护都需要一定的延时时间。锂电池过充保护后，解除过充保护状态有两种方法，可以取下充电器，去连接负载或者令其自放电当锂电池的电压降至4.15V时，解除过充保护状态。
    2 过放电保护：电池电压降至2.4V时，进入过放电保护状态，M1关闭，切断供电回路，锂电池停止对外供电，并将电池保持在低静态电流的状态,此时耗电为0.3uA（不同IC此值不同）。同样，为了防止误动作，过放电保护也需要一定的延时时间。当锂电池接上充电器,且此时锂电池电压高于过放电电压时, 可解除过放电保护功能。
    3 过电流/短路保护：在正常工作模式下，如果保护IC检测到放电电流过大，即激活过电流保护功能，关闭M1，切断供电回路，过电流保护的电流门槛值由保护IC和MOS的Rds(on)共同决定。其计算公式为：最大过放电电流＝保护IC过电流检测电压/Rds（on）*2。不同保护IC的过电流检测电压不同，常用为0.15V或0.3V。同样，过电流保护也要有一定的延时时间。若由于外部负载引起保护，将外部负载移除即可从保护状态恢复。
        三、有时，电池接入保护电路后，电池并没有处于正常模式，无法对外放电，此时只要将电池接入充电器即可。
        保护IC种类很多，选择的时候要多方考虑，个儿觉得除了功能和价格以外，保护IC的自身功耗、外围电路是否够简单、保护IC的各参数精度是否符合要求，体积是否足够小，都要考虑周到，一款优秀的保护板除了保护功能完善以外，低功耗也是重要的参数。另外，做好的保护板不可以直接接到电池上使用，须经过严格的测试，看其各项指标是否符合设计要求，检测无误后方可正式使用。测试用的仪器现在市场上有卖的，单节保护板目前超思思和长信口碑还不错，但也有很多公司都是自己开发设计保护板测试仪器。另外要强调的是保护板虽然可以保护锂电芯，但也不可因此就不按正常方式使用锂电池，保护板是锂电池的最后一道防线，保护板只能应付异常条件引起的严重故障，若因使用不当保护板损坏应立即停止使用，以免发生危险。
    以上为个人近日总结。请各位同行斧正

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