锂离子电池保护电路
锂离子电池保护电路包括过度充电保护、过电流/短路保护和过度放电保护等，该电路 就是要确保过度充电及放电状态时的安全， 防止电池副反应引发电池劣化以及危险事件的发 生。它主要由集成保护电路 IC、贴片电阻、贴片电容、场效应管(MOSFET) 、有的还有热 敏电阻(NTC)、识别电阻(ID)、保险丝(FUSE)等构成。其电路图如图所示：
其中集成保护电路 R5421 是用来检测保护电路当前的电压、电流、时间等参数以此来 控制场效应管的开关状态，其具体的内部实现在本文中不多涉及， 图右下角的 V1 和 V2 为 MOSFET， Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 的缩写， 即 译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”，它则根据保护 IC 来控制回路的某个方向上导通 与否；贴片电阻是用来限制电流，防止电流过大损坏元件；贴片电容作用为滤波，调节电路 响应的延迟时间；热敏电阻用来检测电池块内的环境温度；保险丝则用于过流保护，防止流 过电池的电流过大，过大时切断电路。
以下简单介绍一下各个功能的实现。
1、正常充放电
在正常的充放电状态下电路中 N1 芯片的 CO 与 DO 引脚都输出高电压，这会使 V1 、 V2 两 个 MOSFET 都处于导通状态，这样电池就可以正常地进行充电和放电操作，由于 MOSFET 的导通时阻抗很小，一般来说小于 30 毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小，近似 可以认为外电路直接和电池相连，此状态下保护电路的消耗电流为 μA 级，通常<7 μA，故 其消耗功率可以按照如下进行估算：
P = I 2 R = ( 7 ×10?6 A ) × (60 ×10?3 Ω) = 4.2 × 10?7 W 2
是一个几乎不需要考虑的很小的消耗。
锂离子电池要求恒流/恒压充电，在充电初期，采用恒流充电的方式，随着充电的进行， 电压会上升到 4.1V~4.2V（根据正极材料不同)，此时应转换为恒压充电，直至电流越来越 小，最终完成充电。
锂离子电池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， 当电池电压降 至 2.5V 时，容量被完全放尽。
锂离子电池保护电路
当充电器在电池电压已经达到一定值时仍旧进行恒流充电时就会产生过度充电， 此时锂 电池会因温度上升而导致内压上升引发危险， 所以需要切断充电回路中断充电。 集成保护电 路 N1 会检测当前的电池电压,当到达 N1 设定的电压（一般为 4.2~4.3V）时就会激活过度充电 保护，其 CO 引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， 使充电器无法再对电池进行充电， 起到过充电保护作用。 而此时由于 V2 自带的体二极管 VD 2 的存在，电池仍然可以通过该二极管对外部负载进行放电。另外在 N1 检测到电池电压超过 设定的电压到 V2 断开之间还有一段延时时间，该延时时间的长短由 C3 决定，并且延迟时间 不能短于噪音的持续时间以免误判。
过充电状态下延时公式如下：
tv det1 = C3 × (VDD ? 0.7 ) 0.48 (s)
其中 VDD 即为预设的过充电压值，所以过充保护的延迟时间是由外部延迟电容 C3 决定 的。
3、过度放电保护
电池在对外部负载放电过程中，当电池电压降至 2.5V 时，其容量已基本放完，此时如 果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。为了防止锂电池的过度放电状态,假 设锂电池接上负载,当锂电池电压低于集成保护电路 N1 的过度放电电压检测点时将激活过 度放电保护,? 其 DO 引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，使电池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电池进行充电。当锂电池接上充电器,且此时锂电 池电压高于过度放电电压时，过度放电保护功能方可解除。
同样， 考虑到放电时有脉冲的情况， 过放电检测电路也设有延迟时间以避免产生误动作， 这部分的延时是由芯片内部的延迟部分决定的，与外部无关。
4、 过流保护
由于锂离子电池的化学特性， 其放电电流存在最大值， 以超过最大值的电流放电将会导 致电池的永久性损坏或出现安全问题。
电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过 V1 和 V2 时，由于 MOSFET 还是存在一 定的导通阻抗的，所以会在其两端产生一个电压，该电压值 U = I × RDS × 2 , RDS 为单个 MOSFET 的导通阻抗，N1 上的 V 引脚将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 大于一定的值(该值由 N1 决定)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。
同样的，在 N1 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 时间的长短完全是由于电路内部的元件延迟引起，其延迟是相当短的，且部分 IC 可以做到 随着电流值的大小也会改变延迟。
5、短路保护
在过流保护的基础上，若回路电流大到使 U 大于一个比过流保护电压值高很多的某个 值(该值同样由 N1 决定)时， N1 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，从原理上来说和过流保护相同，若控制电路能根据电流大小调整延迟时 间则短路保护和过流保护的功能可以合并。
总结，通过本文的讲解，相信大家对锂离子电池保护电路的认识会越来越深入，但学海无涯，我们还得一如既往的努力踏实的学习，只有这样才能成为合格的人才。希望本文能对大家的工作有一定的指导作用。
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