1引言 近年來，鋰電池由于體積小、質(zhì)量輕、能量密度高、循環(huán)壽命長、電池電壓相對(duì)較高、白放電率低及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電池、醫(yī)療設(shè)備以及混合動(dòng)力汽車等產(chǎn)品中。由于鋰電池的化學(xué)特性，在使用過程中遇到的充放電短路、過載、過充電和過放電等現(xiàn)象均會(huì)對(duì)電池造成損傷，影響正常使用，甚至危害到使用者的安全。所以，鏗電池必須配備相應(yīng)的保護(hù)控制系統(tǒng)，以有效提高鋰電池的使用效率和延長鋰電池的使用壽命
業(yè)界一般有單片模擬芯片和使用MCU控制的多芯片兩種鏗電池保護(hù)解決方案
結(jié)合MCU強(qiáng)大邏輯能力的智能電池管理系統(tǒng)，可以有效地應(yīng)對(duì)電池在使用中碰到的各種異常情況，本文設(shè)計(jì)就是基于這樣一個(gè)系統(tǒng)。由于不同應(yīng)用廠商及不同應(yīng)用狀態(tài)對(duì)過流的要求不一致，因此，靈活的閾值可調(diào)功能可以使芯片適用范圍更廣，滿足用戶的不同要求。本文針對(duì)2~4節(jié)串聯(lián)使用的鋰電池提出一種闌值可編程的過流檢測(cè)保護(hù)方案。該方案集合電池組充電短路SCC、電池組放電短路SCD、電池組過載OLD三種保護(hù)電路，通過各白的DAC電路進(jìn)行闌值編程，能夠?qū)崿F(xiàn)各種靈活精確的過流保護(hù)
2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
圖1所示為簡(jiǎn)化的系統(tǒng)功能框圖。正常工作時(shí)，PACK+與PACK一既可接充電器充電，也可接負(fù)載放電。當(dāng)接充電器時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路開啟充電MOS管CHGFET，并關(guān)閉放電MOS管DSG FET，電流流過放電控制管寄生的體二極管和CHGFET，給鋰電池組充電。當(dāng)接負(fù)載放電時(shí)，DSG FET開啟，鋰電池組通過CHG FET寄生的體二極管和DSGFET，給負(fù)載供電
通過檢測(cè)采樣電阻Rs兩端的電壓，將電流轉(zhuǎn)換為電壓，與設(shè)定的闌值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。左側(cè)Logic電路由MCU控制，輸出邏輯序列，分別控制不同的保護(hù)闌值點(diǎn)和延遲時(shí)問。延遲時(shí)問是為了防止保護(hù)電路工作時(shí)干擾信號(hào)的引入給充放電過程帶來誤動(dòng)作。當(dāng)充電短路發(fā)生時(shí)，SRP電壓上升，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)比較器動(dòng)作，SCC翻轉(zhuǎn);一定延時(shí)后，CHG FET關(guān)閉，系統(tǒng)停止向電池充電;當(dāng)充電短路解除后，系統(tǒng)才能再次進(jìn)入電池充電模式
與充電短路過程類似，發(fā)生放電短路時(shí)，SRP電壓下降，SCD翻轉(zhuǎn)，一段時(shí)問延時(shí)后，驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉DSG FET，停止向負(fù)載端放電。當(dāng)負(fù)載過重時(shí)，流過MOS和電池組的電流過大，SRP端電壓下降，過載檢測(cè)比較器輸出電壓OLV翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過設(shè)定時(shí)問的延遲后，系統(tǒng)關(guān)閉DSG FET。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的危害程度，一般將放電短路的電流闌值設(shè)定得比過載闌值高，同時(shí)，延時(shí)設(shè)計(jì)值要低一個(gè)數(shù)量級(jí)。在發(fā)生短路時(shí)，大電流流過電池組，需要在較短的時(shí)問內(nèi)關(guān)斷充放電回路。由此實(shí)現(xiàn)三種電流保護(hù)
3過流保護(hù)電路原理 實(shí)現(xiàn)過流檢測(cè)的簡(jiǎn)化原理，三種保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式類似。SRP和SRN之問接高精度采樣電阻，采樣電阻兩端的壓差分別與相應(yīng)DAC電路設(shè)置的闌值電壓比較，實(shí)現(xiàn)充電短路、放電短路、過載三種異常情況的檢測(cè)和判斷
4實(shí)際電路
設(shè)計(jì)了上述三種檢測(cè)保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)方式基本相似。下面以充電短路檢測(cè)電路為例具體說明。圖3所示為充電短路實(shí)現(xiàn)等效原理。Ib是基準(zhǔn)產(chǎn)生的零溫電流，通過N4鏡像提供偏置電流。SLP信號(hào)為高時(shí)，MOS管P20關(guān)斷，模塊沒有電流，芯片進(jìn)入睡眠狀態(tài)，降低芯片功耗
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