前言：鋰元素在元素周期表中處于第三位，外層只有一個電子，是一種非常活潑的金屬，而鋰離子電池具有放電電流大，內阻低，壽命長，無記憶效應等被人們廣泛應用，鋰離子電池在使用時嚴禁出現過充電、過放電、以及短路等問題，否則將會使得電池出現起火或者爆炸等問題。所以在鋰電池電路中通常都會增加一個保護板電路來保護鋰離子電池的安全。

鋰電池保護板的作用

電池保護板通常有如下幾個作用：過充、過放、過流、短路以及高溫保護。上述的幾個作用也是由鋰電池本身的材料決定的。電池保護板通常有保護電路板和PTC等器件組成。 保護電路板會時刻監視電芯的電壓和充放電的電流，及時控制電流回路的通斷。

圖1-1 電池構造

電池保護板的組成

保護板通常包括控制IC，MOS開關，電阻、電容、PTC、NTC、ID以及存儲器等元器件組成，其中控制IC，在一切正常的情況下控制MOS管開關導通，使得電芯和外電路導通，而當電芯電壓或者回路電流超過規定值時，它立即控制MOS開關關斷，保護電芯的安全。

電池保護板的保護機制

圖1-2 電池保護板電路

下面介紹保護IC的各個PIN的主要功能：

VDD是保護IC的電源正極

VSS是保護IC的電源負極

V-是保護IC的過流、短路檢測端

Dout是放電保護端

Cout是充電保護端

B+和B-分別分別接電芯的正極和負極，P+和P-分別是保護板輸出的正極和負極，T為溫度檢測的NTC端口，NTC端口需要和MCU配合對電池進行溫度保護。這個端口有時也會標記為ID，用于電池的端口識別，之所以增加這個端口，是因為不同廠家不同型號的電池往往需要不同的電池參數(老化曲線等參數)，當為ID時，R3一般是固定電阻的阻值，MCU的ADC會檢測ID的電壓，從而使用不同的電池參數。

圖1-3 保護板電路

保護板的工作過程

1、激活保護板的方法

當保護板P+和P-沒有輸出處于保護狀態，可以短路B+、B-來激活保護板，這時Dout和Cout會處于低電平(保護IC這兩個端口是高電平保護，低電平常態)狀態從而打開這兩個開關。

2、充電

P+和P-分別接充電器的正極和負極，充電電流經過兩個MOS對電池進行充電，這個時候保護IC的VDD和VSS既是電源端，也是電芯電壓檢測端(經過R1)，隨著充電過程的進行，電芯的電壓不斷增加，當升高到電芯的保護電壓(過充保護電壓)，這個時候COUT將輸出高電平把對應的MOS開關關斷，充電回路也會被關斷，過充保護后，電芯電壓會下降，當下降到IC電壓門限(過充保護恢復電壓)，Cout恢復到低電平狀態打開MOS管。

3、放電

同樣的，在電池放電時，IC的VDD和VSS也會對電芯電壓進行檢測，當電芯電壓下降到IC門限時(過放保護電壓)，Dout隨機輸出高電平將對應的MOS管關斷，放電回路被斷開，過放保護后，電芯電壓會上升，當上升到門限電壓(過放保護恢復電壓)，Dout恢復低電平打開MOS開關。

4、過流、短路

當放電過程中主回路電流過大時，由于MOS飽和導通也存在內阻，所以電流在流經B-和P-之間時MOS管兩端會產生壓降，保護IC的V-和VSS(經過R2)會隨時檢測出兩端的電壓，當電壓上升到保護IC的檢測門限(一般為0.15V，放電檢測過流電壓)，Dout馬上輸出高電平將對應的MOS管關斷，放電回路被斷開。

在上述問題中，有的同學可能會提出疑問，如果選用導通內阻低的MOS或者放電過流檢測電壓高的保護IC，是不是可以獲得大的輸出電流，答案是肯定的，但是切勿忘記考慮選用的MOS功率和電芯的容量(通常手機等移動設備的工作頻率較高，為了降低整個系統的紋波，MOS管導通電阻的選用一定要盡量小)。

5、NTC端口的作用

當電池工作時，沒有發生過沖、過流和過放等問題，而由于工作時間太長，導致電芯溫度上升，而NTC緊貼電芯監測電池溫度，隨著溫度上升，NTC的阻值逐漸下降，當阻值下降到設定值時，CPU發出關機指令，停止對電池的充電，從而保護電池。

原文標題：鋰電池保護板電路原理

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審核編輯：湯梓紅