锂电心保护扳的核心器件及电路简介

　　(1)电子开关
　　
　　保护板 基本的功能就是欠压保护和过压保护。欠压保护另一个代名词叫放电保护：过压保护另一个代名词叫充电保护。实际就是两个开关：充电时，单电心过压，充电保护开关断开，切断充电电路；放电时，单电心到达截止电压，放电保护开关断开．切断外电路放电。
　　
　　无论放电保护开关还是充电保护开关，要求速度很快，只有电子开关才能胜任。综合成本和内阻，nmos功率管是 佳选择。电路图符号见下图(a)nmos管符号。
　　
　　nmos即n沟道增强型场效应管，属于电压控制型半导体器件，有三条引线分别为漏极d、源极s和栅极g。正确的供电方式为漏极d高电位、源极s低电位，栅极g的电位控制着漏极d源极s之间的导通和截止。把漏极d和源极s近似看作是一个开关。
　　
　　当g比s电位高、达到开启电压(手册上vcs)时，d、s之间导通，相当于开关闭合：当gs之间电压为0v时，ds之间导电沟道被夹断，相当于开关截止断开。见下图nmos功率管(c)等效图。
　　
　　还必须介绍一个生产实际，制造nmos管时．在漏极d和源极s之间自然生成一只硅二极管。这只硅二极管的正极p和源极d同极．硅二极管的负极n和漏极s同极．也就是等效开关还并联着一只硅功率二极管。常称这只客观存在的硅二极管为寄生或者体二极管，实际应该表示为下图(b)。在设计、分析保护板时不可以忽视它的存在。本文在不可忽视寄生二极管作用的地方均采用下图(b)nmos管实物完整符号。
　　
　　nmos管在正向导通时，属于电子导电，d、s之间导通电阻很小。可到lomfl级，见下图(c)nmos管等效图的左图。几只nmos管并联正向导通时，可以按电阻并联计算，电流从漏极流向源极．ds之间压降很小．接近0v。此时，寄生二极管截止，对ds导通没有任何影响。
　　
　　nmos管截止时．ds之间电阻无穷大，见下图(c)nmos管等效图的中图。此时，如果ds之间加反电压，即s电位高于d电位，见下图(c)nmos管等效图的右图。请注意，该电压对寄生二极管pn结来说是正向偏置电压。大家知道硅二极管正向偏置电压小于o,5v，硅二极管保持截止，硅二极管正向偏置电压大于o.5v，开始导通，电流从p流向n，pn结的压降从0.5v～0,7v—iv不等，电流小时保持在0.5v-0.7v之间，电流大到一定程度保持在0.7v左右，再大可到1v。
　　
　　二极管导通具有空穴导电的性质．才存在正向压降类似指数曲线的特性。因此，几只二极管并联导通也不能减小pn两极之间的压降。
　　
　　小结：保护板nmos管正向导通时ds之间压降近似ov;nmos“反向导通”时ds之间压降恒定在0.7v~iv左右：寄生二极管的电流级别同nmos管。

　　(2)电压比较器
　　
　　电雎比较器是一个集成电路，电路符号如下图．电压比较器(a)所示，有五个接线端：电源+正极．电源一负极：两个输入端，同相输入端，反相输入端；一个输+出端，见下图(a)电压比较器电路符号。
　　
　　为了叙述输出和输入的关系．用a代表同相输入端，b代表反相输入端，c代表输出端。如下图(b)电压比较器输入输出关系所示。
　　
　　同相输入端电位高于反相输入端，输出高电位：
　　
　　同相输入端电位低于反相输入端，输出低电位。规律非常好记：输出总是和同相端相同，和反相端相反。
　　
　　保护板的实际应用，有两个电压比较器，一个用于充电过压检测，输出控制充电保护开关的g;-个用于放电截止电压的检测，输出控制放电保护开关的g。

　  例如锰酸锂电保护板，见下图。图(a)充电过压保护：将充电过压保护的电压比较器的a接参考电位4.2v．b接电心的正极。当b低于4.2v的a肘．c输出高电位．使充电保护开关接通，充电正常进行；当b高于4.2v的a时．c输出低电位，使充电保护开关切断，充电停止。
　　
　　再看下图(b)放电欠压保护，负责放电欠压保护的电压比较器的b．接参考电位3v，a接电心的正极，当a高于3v的b时．c输出高电位．使放电保护开关接通，正常放电：当a低于3v的b时．c输出低电位，使放电保护开关切断，对外放电停止。

　　(3)放电过流保护和外电路短路保护，
　　
　　见下图(c)锂电虽然放电电流比铅酸电池大，也必须控制。
　　
　　因为，放电电流过大，温度高会危害锂电心寿命，严重的会引起燃烧和爆炸。内电路或外电路短路，都是引起燃烧和爆炸的导火索。
　　
　　绝大多数保护板在具有欠压、过压基本功能的基础上，增加了放电过流保护和外电路短路保护．这属于锦上添花的高级功能之一。关键是将放电电流检测，变为信号电压后，再送入电压比较器的输入端，当电流达到一定值时，电压比较器输出低电平．关断放电保护开关。也就是说，可以将它与放电欠压保护的比较器合成到—起。
　　
　　关于电流取样有两类：一种用康铜丝做成电流取样电阻．如下图(c)的中所示，电流越大．康铜丝两端的电压差越大；一种是两只nmos管d_对d对接．如下图'c)的上所示，电流越大，两开关管串联的电压差越大。此信号加到下图 (c)的下所示电压比较器．该比较器的输出端也去控制放电保护开关管的g。电流大到设定值．比较器动作，关断放电保护开关管，切断放电通路。
　　
　　电动车以及电动工具等多电心、电流大的的基本都采用前者：手机等单电心、电流小的采用后者，成本低、集成度高，体积小。

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