詳解單節(jié)保護(hù)電路DW01的工作原理和結(jié)構(gòu)
隨著鋰電池技術(shù)的不繼完善，鋰電池的應(yīng)到越來(lái)越廣泛。鋰電池做在續(xù)航能力比以往的鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫蓄電池增加近一倍，許多手持儀器供電電池多采用鋰電池供電。而為了保證鋰電池的正常使用，鋰電池必須得帶有保護(hù)電路，防止其過(guò)充、過(guò)放，過(guò)流以及短路保護(hù)。小編以目前市場(chǎng)上最為廣泛應(yīng)用的芯片DW01，來(lái)解說(shuō)如何設(shè)計(jì)一款單節(jié)鋰電池保護(hù)電路，具有體積小巧、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
1 DW01芯片介紹
DW01是一個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)集成芯片，芯片功能有電壓過(guò)充、過(guò)放，輸出過(guò)流，短路保護(hù)功能。DW01芯片內(nèi)部電路集成了三個(gè)電壓檢測(cè)電路、一個(gè)基準(zhǔn)電路、一個(gè)延遲電路、一個(gè)短路保護(hù)電路和一個(gè)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(jì)及電路工作原理
由于煤礦井下環(huán)境的特殊性，對(duì)儀器設(shè)備安全性要求更為嚴(yán)格，在電路設(shè)計(jì)時(shí)均采用雙重保護(hù)。因此，本文中由2塊DW01和2塊SPN8822A芯片設(shè)計(jì)為雙重保護(hù)電路，其原理圖如圖3所示[2]。
2.1 鋰電池保護(hù)板正常工作過(guò)程[3]
當(dāng)電芯電壓在2.5V至4.3V之間時(shí)，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(shí)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(gè)電子開(kāi)關(guān)因其G極接到來(lái)自DW01的電壓，故均處于導(dǎo)通狀態(tài)，即兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)均處于開(kāi)狀態(tài)。此時(shí)，電芯的負(fù)極與保護(hù)板的P-端相當(dāng)于直接連通，保護(hù)板有電壓輸出。
2.2 鋰電池保護(hù)板過(guò)放電保護(hù)控制原理
當(dāng)電芯通過(guò)外接的負(fù)載進(jìn)行放電時(shí)，電芯的電壓將慢慢降低，同時(shí)，DW01內(nèi)部將通過(guò)R200電阻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電芯電壓，當(dāng)電芯電壓下降到約2.3V時(shí)，DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過(guò)放電電壓狀態(tài)，便立即斷開(kāi)第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變?yōu)?V，SPN8822A內(nèi)的開(kāi)關(guān)管因第4腳無(wú)電壓而關(guān)閉。此時(shí)電芯與保護(hù)板之間處于斷開(kāi)狀態(tài)，即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護(hù)板處于過(guò)放電狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板接上充電電壓后，DW01檢測(cè)到充電電壓后便立即停止過(guò)放電狀態(tài)，重新在第1腳輸出高電壓，使SPN8822A內(nèi)的過(guò)放電控制管導(dǎo)通，即電芯與保護(hù)板又重新接上，電芯經(jīng)充電器直接充電。
2.3 鋰電池保護(hù)板過(guò)充電保護(hù)控制原理
當(dāng)電池通過(guò)充電器正常充電時(shí)，隨著充電時(shí)間的增加，電芯的電壓將越來(lái)越高，當(dāng)電芯電壓升高到4.4V時(shí)，DW01將認(rèn)為電芯電壓已處于過(guò)充電電壓狀態(tài)，便立即斷開(kāi)第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變?yōu)?V，SPN8822A內(nèi)的開(kāi)關(guān)管因第5腳無(wú)電壓而關(guān)閉。此時(shí)，電芯與保護(hù)板之間處于斷開(kāi)狀態(tài)，即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電，保護(hù)板處于過(guò)充電狀態(tài)并一直保持。等到保護(hù)板接上放電負(fù)載后，因此時(shí)雖然過(guò)充電控制開(kāi)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(shí)，DW01停止過(guò)充電保護(hù)狀態(tài)，重新在第3腳輸出高電壓，使SPN8822A內(nèi)的過(guò)充電控制管導(dǎo)通，即電芯與保護(hù)板又重新接上，電芯又能進(jìn)行正常的充放電。
2.4 保護(hù)板短路保護(hù)控制原理
在保護(hù)板對(duì)外放電的過(guò)程中，SPN8822A內(nèi)的兩個(gè)電子開(kāi)關(guān)并不完全等效于兩個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)，而是等效于兩個(gè)阻值很小的電阻，并稱(chēng)為SPN8822A的導(dǎo)通內(nèi)阻。每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻約為30mΩ，加在G極上的電壓實(shí)際上是直接控制每個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻大小的。當(dāng)G極電壓大于1V時(shí)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很小(幾十毫歐)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合;當(dāng)G極電壓小于0.7V時(shí)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通內(nèi)阻很大(幾MΩ)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實(shí)現(xiàn)了過(guò)電流保護(hù)。
3 結(jié)束語(yǔ)
DW01芯片的結(jié)構(gòu)以及工作原理，并給出了單節(jié)鋰電池的雙重保護(hù)電路設(shè)計(jì)，該電路具有體積小巧、保護(hù)靈敏等特點(diǎn)。該電路設(shè)計(jì)具有體積小、成本低、可靠性和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，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。
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