摘要：本文介紹了DW01芯片的結(jié)構(gòu)以及工作原理，并給出了單節(jié)鋰離子電池的雙重保護電路設(shè)計，該電路具有體積小巧、保護靈敏等特點。

引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的手持設(shè)備在煤礦井下得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高手持設(shè)備的續(xù)航能力，其供電電池多采用鋰離子電池供電。而為了保證鋰離子電池供電手持儀器在煤礦井下的安全使用，鋰離子電池必須帶有保護電路，防止其過充、過放以及短路保護。本文以DW01為重要芯片，設(shè)計了一款單節(jié)鋰離子電池保護電路，具有體積小巧、成本低廉等優(yōu)點。

1DW01芯片介紹

DW01是一款單節(jié)可充電鋰離子電池保護集成電路，具有過充、過放、過流及短路保護功能。內(nèi)部包含：三個電壓檢測電路、一個基準(zhǔn)電路、一個延遲電路、一個短路保護電路和一個邏輯電路，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。DW01采用SOT23-6封裝，其引腳分布及外形如圖2所示，引腳功能如表1所示[1]。

2電路設(shè)計及電路工作原理

由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，對儀器設(shè)備安全性要求更為嚴(yán)格，在電路設(shè)計時均采用雙重保護。因此，本文中由2塊DW01和2塊SpN8822A芯片設(shè)計為雙重保護電路，其原理圖如圖3所示[2]。

2.1鋰離子電池保護板正常工作過程[3]

當(dāng)電芯電壓在2.5V至4.3V之間時，DW01的第1腳、第3腳均輸出高電平(等于供電電壓)，第二腳電壓為0V。此時DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到SpN8822A的第4、5腳，SpN8822A內(nèi)的兩個電子開關(guān)因其G極接到來自DW01的電壓，故均處于導(dǎo)通狀態(tài)，即兩個電子開關(guān)均處于開狀態(tài)。此時，電芯的負(fù)極與保護板的p-端相當(dāng)于直接連通，保護板有電壓輸出。

2.2鋰離子電池保護板過放電保護控制原理

當(dāng)電芯通過外接的負(fù)載進(jìn)行放電時，電芯的電壓將慢慢降低，同時，DW01內(nèi)部將通過R200電阻實時監(jiān)測電芯電壓，當(dāng)電芯電壓下降到約2.3V時，DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過放電電壓狀態(tài)，便立即斷開第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，SpN8822A內(nèi)的開關(guān)管因第4腳無電壓而關(guān)閉。此時電芯與保護板之間處于斷開狀態(tài)，即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護板處于過放電狀態(tài)并一直保持。等到保護板接上充電電壓后，DW01檢測到充電電壓后便立即停止過放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使SpN8822A內(nèi)的過放電控制管導(dǎo)通，即電芯與保護板又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。

2.3鋰離子電池保護板過充電保護控制原理

當(dāng)電池通過充電器正常充電時，隨著充電時間的新增，電芯的電壓將越來越高，當(dāng)電芯電壓升高到4.4V時，DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過充電電壓狀態(tài)，便立即斷開第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，SpN8822A內(nèi)的開關(guān)管因第5腳無電壓而關(guān)閉。此時，電芯與保護板之間處于斷開狀態(tài)，即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電，保護板處于過充電狀態(tài)并一直保持。等到保護板接上放電負(fù)載后，因此時雖然過充電控制開關(guān)管關(guān)閉，但其內(nèi)部的二極管正向與放電回路的方向相同，故放電回路可以進(jìn)行放電。當(dāng)電芯的電壓低于4.3V時，DW01停止過充電保護狀態(tài)，重新在第3腳輸出高電壓，使SpN8822A內(nèi)的過充電控制管導(dǎo)通，即電芯與保護板又重新接上，電芯又能進(jìn)行正常的充放電。

2.4保護板短路保護控制原理

在保護板對外放電的過程中，SpN8822A內(nèi)的兩個電子開關(guān)并不完全等效于兩個機械開關(guān)，而是等效于兩個阻值很小的電阻，并稱為SpN8822A的導(dǎo)通內(nèi)阻。每個開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻約為30mΩ，加在G極上的電壓實際上是直接控制每個開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻大小的。當(dāng)G極電壓大于1V時，開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很小(幾十毫歐)，相當(dāng)于開關(guān)閉合;當(dāng)G極電壓小于0.7V時，開關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很大(幾MΩ)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實現(xiàn)了過電流保護。

3結(jié)束語

該電路設(shè)計具有體積小、成本低、可靠性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點，適用于中、小功率電子設(shè)備，并且該產(chǎn)品已在煤礦井下的便攜設(shè)備中得到了大量的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]DW01數(shù)據(jù)手冊[EB/OL],.

[2]SpN8822A數(shù)據(jù)手冊[EB/OL],.

[3]鋰離子電池保護電路原理分析[EB/OL].電子開發(fā)網(wǎng)..