電池監(jiān)控電路和保護(hù)電路詳解—電路圖天天讀（265）

　　電池供電系統(tǒng)監(jiān)控電路

　　如圖所示為由ISO122P／124與儀表放大器INA105、多路選擇器構(gòu)成的600V電池系統(tǒng)的電池監(jiān)控電路。電路對(duì)50個(gè)12V串聯(lián)電池（即總電壓 600V）的充放電進(jìn)行檢測(cè)，以防止過(guò)充電或過(guò)放電。ISO122P／124的輸入電壓為單個(gè)12V電池兩端端電壓經(jīng)兩個(gè)10kΩ分壓得到e／2電壓，經(jīng)過(guò)隔離放大后送到INA105。INA105接成增益為1的反相放大器，輸出e／2到多路選擇器，由多路選擇器控制選擇輸出。

　　很多電池供電系統(tǒng)都需要一個(gè)可視指示器，用于指示何時(shí)需要更換電池。一般用LED做這種指示燈，但它們至少要消耗 10mA的電流。這個(gè)不小的電流會(huì)加速電池的放電，縮短電池的可用壽命。下圖使用了一種采樣數(shù)據(jù)技術(shù)降低了監(jiān)控電路的平均功耗。該電路的待機(jī)電流為 5μA，在指示低電壓時(shí)耗電為30μA。

　　圖示，這個(gè)監(jiān)控電路不會(huì)連續(xù)消耗電池電能，而是通過(guò)采樣輸入，實(shí)現(xiàn)5μA的待機(jī)功耗，以及30μA的低電壓指示功耗。

　　在控制器有效的80μs導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，控制器的VPP輸出切換為VCC，而在關(guān)斷期間則切換為高阻。一個(gè)快速安定基準(zhǔn)設(shè)定了觸發(fā)點(diǎn)。R2必須足夠小，以為 LT1009提供所需最小電流。R3、R4和R5對(duì)電池電壓做分壓，并送入一個(gè)比較器的輸入端。電阻提供了5.5V的下觸發(fā)點(diǎn)和5.95V的上觸發(fā)點(diǎn)。內(nèi)部比較器有低電流偏置點(diǎn)，從而能夠?yàn)榉謮浩魇褂么笞柚惦娮?。R5設(shè)定了比較器的遲滯。比較器驅(qū)動(dòng)一個(gè)內(nèi)部RS觸發(fā)器，當(dāng) VINSETPOINT+DELTA時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位（ON/OFF=ground）。

　　鋰離子電池監(jiān)控器

　　鋰離子電池監(jiān)控器除了有保護(hù)電路外（可保護(hù)電池在充電、放電過(guò)程免于過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)熱），并且能輸出電池剩余能量信號(hào)（用LCD顯示器可形象地顯示出電池剩余能量），使用者能隨時(shí)了解電池的剩余能量狀態(tài)，以便及時(shí)充電或更換電池。它主要用于有μC或μP的便攜式電子產(chǎn)品中，如手機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)、醫(yī)療儀器或音、視頻裝置等。

　　這里以DS2760為例說(shuō)明該器件的特點(diǎn)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路。該器件有溫度傳感器，能檢測(cè)雙向電流的電流檢測(cè)器及電池電壓檢測(cè)器，并有12位ADC將模擬量轉(zhuǎn)模成數(shù)字量；有多種存儲(chǔ)器，能實(shí)現(xiàn)電池剩余能量的計(jì)算。它是將數(shù)據(jù)采集、信息計(jì)算與存儲(chǔ)及安全保護(hù)于一身。另外，它具有外圍元件少、電路簡(jiǎn)單、器件封裝尺寸?。?.25mm&TImes;2.75mm管芯式BGA封裝）的特點(diǎn)。

　　DS2760的內(nèi)部有25mΩ檢測(cè)電阻，能檢測(cè)雙向（充電及放電）電流（但自身阻值極小，損耗極小）；電流分辨率為0.625mA，動(dòng)態(tài)范圍為 1.8A，并有電流累加計(jì)算；電壓測(cè)量分辨率為48mV；溫度測(cè)量分辨率可達(dá)0.125℃；由ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字量存儲(chǔ)在相應(yīng)的存儲(chǔ)器內(nèi)，通過(guò)單線接口與主系統(tǒng)連接，可對(duì)鋰離子電池組成的電源進(jìn)行管理及控制，即實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀/寫訪問(wèn)及控制。該器件功耗低，工作狀態(tài)時(shí)最大電流80μA，節(jié)能狀態(tài)（睡眠模式）時(shí)小于2μA。

　　DS2760的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。它由溫度傳感器、25mΩ檢測(cè)電阻、多路器、基準(zhǔn)電壓、ADC、多種存儲(chǔ)器、電流累加器及時(shí)基、狀態(tài)/控制電路、與主系統(tǒng)單線接口及地址、鋰離子保護(hù)器等組成。

　　DS2760有EEPOM、可鎖EEPROM及SRAM三種形式的存儲(chǔ)器，EEPROM保護(hù)電池的重要數(shù)據(jù)，可鎖EEPROM用作ROM，SRAM供暫豐數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

　　應(yīng)用電路并不復(fù)雜，電路如圖6所示。兩個(gè)P溝道功率MOSFET分別控制充電及放電，BAT+、BAT-之間接入鋰離子電池，PACK+、PACK-為電池組的正負(fù)端，DATA端與系統(tǒng)接口。該電路適用于單節(jié)鋰電池，若采用貼片式元器件占空間很小，可做在電池中。

　　鋰離子電池保護(hù)器

　　這里以AIC1811單節(jié)鋰離子電池保護(hù)器為例來(lái)說(shuō)明保護(hù)器的電路及工作原理。該器件主要特點(diǎn)：終止充電電壓有4.35V、4.30V及 4.25V（分別由型號(hào)后綴A、B、C表示），充電電壓精度可達(dá)±30mV（±0.7％）；耗電省，在3.5V工作電壓時(shí)工作電流典型值7μA，到達(dá)終止放電后耗電僅 0.2μA；有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流保護(hù)，并有延時(shí)以免瞬態(tài)干擾；過(guò)放電電壓2.4V，精度±3.5％；小尺寸5管腳SOT-25封裝；工作溫度范圍-20～ +80℃。

　　AIC1811組成的單節(jié)鋰離子電池保護(hù)電路如圖1所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖及外部元器件圖如圖2所示。V1為控制放電的 MOSFET，V2為控制充電的MOSFET，R1、C1用來(lái)消除充電器輸入電壓的紋波及干擾電壓，R2為防止充電器電源接反時(shí)保護(hù)CS端的電阻，R3為 V2的偏置電阻，F(xiàn)U為保險(xiǎn)絲，BATT+及BATT-為電池組的正極和負(fù)極（此保護(hù)器電路置于電池中）。

　　在正常充、放電時(shí)，V1、 V2都導(dǎo)通。充電電流從BATT+流入，經(jīng)保險(xiǎn)絲向電池充電，經(jīng)V1、V2后由BATT-流出。正常放電時(shí)，電流由BATT+經(jīng)負(fù)載RL（圖中未畫出）后，經(jīng)BATT-及V2、V1流向電池負(fù)極，其電流方向與充電電流方向相反。由于V1、V2的導(dǎo)通電阻RDS（ON）極小，因此損耗較小。

　　幾種保護(hù)的工作狀態(tài)如下（參看下圖）：

　　編輯點(diǎn)評(píng)：本文介紹了電池監(jiān)控電路和鋰離子保護(hù)電路的詳解，該電路方案性能優(yōu)良，擴(kuò)展性強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備，完成對(duì)電池的全面監(jiān)控和管理。
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