锂离子电池保护电路设计

常规的锂电池标称电压为3.6V或3.7V，充满电后为4.1V或4.2V。下面我就介绍单节锂电池保护电路的设计原理。

一、保护电路的功能:
1、过充电保护：对锂电池来说，其充电后{zg}电压不得超过4.2V，否则电池内的电解质会被分解,使得温度上升并产生气体,降低电池的使用寿命，严重时甚至会引起爆炸，所以锂电池保护电路一定要保证锂电池{jd1}不可过度充电。
2、过放电保护：和过充一样，锂电池在过度放电的时候，也会缩短其使用寿命，而且过充过放对锂电池造成的损害是不可逆的。
3、短路保护：锂电池的{zd0}放电电流有一定限制，过大的放电电流同样会引起锂电池的不可恢复的损坏，影响其使用寿命。若由于外部短路引起锂电池大电流放电时要立刻停止放电，否则对锂电池本身和外部设备都可能会造成严重的损害。

二、保护功能的实现：
目前可以实现锂电池保护功能的芯片很多，单节锂电池保护的方案已经很成熟，国外、台湾、大陆都有很多种芯片可以选择，目前日系理光和精工的方案采用的比较多，比如精工S8421，理光的R5421、R5426等。这两款方案成熟，外围电路简单，但是价格贵。台湾也有几家公司做比如AIC和富晶，据说深圳那边用的比较多，另外还有CS213好像是新德的产品，用的也不少。大陆杭州有家士兰微电子公司做的SC451，其外围电路和理光的R5421xx一样，可以直接替换，另外以做摄像头DSP芯片出名的中星微也推出了几款锂电池保护管理IC。

    下面我就经常用到的 SC451为保护IC保护原理做一个介绍！
各种保护IC实现的功能相差无几，其保护模式和外部线路也大同小异，在实际应用中可根据需要选择不同IC，下面以SC451为例。SC451为保护IC，SOT-23-6封装，提供过充过放过流保护，M1、 M2为N-MOS，型号经常使用5N20V，在线路中起开关作用，当线路发生异常时，SC451动作，使M1、M2处于关断状态，切断锂电池供电回路，达到保护锂电池的目的。（电路如下图所示）

5N20V引脚图

1、过充电保护：不同IC，同IC的不同型号的过充电保护电压是不同的，有4.25V也有4.35V的，这个都需要根据使用的实际情况选择。SC451的过充保护电压在4.28~4.38之间，典型值为4.34V，也就是说当电池电压上升到4.34V时M2动作，切断供电回路，停止充电，显然比4.2V要高出不少，但在充电过程中，为了防止脉冲电压的干扰引起保护线路保护动作，保护IC的过保护电压取值都会稍微高些，另外还是为了防止这个脉冲引起保护IC误动作，通常过充保护都需要一定的延时时间。锂电池过充保护后，解除过充保护状态有两种方法，可以取下充电器，去连接负载或者令其自放电当锂电池的电压降至4.15V时，解除过充保护状态。
2、过放电保护：电池电压降至2.4V时，进入过放电保护状态，M1关闭，切断供电回路，锂电池停止对外供电，并将电池保持在低静态电流的状态,此时耗电为0.3uA（不同IC此值不同）。同样，为了防止误动作，过放电保护也需要一定的延时时间。当锂电池接上充电器,且此时锂电池电压高于过放电电压时, 可解除过放电保护功能。
3、过电流（短路）保护：在正常工作模式下，如果保护IC检测到放电电流过大，即xx过电流保护功能，关闭M1切断供电回路，过电流保护的电流门槛值由保护IC和MOS的Rds(on)共同决定。其计算公式为：{zd0}过放电电流＝保护IC过电流检测电压/Rds（on）*2。不同保护IC的过电流检测电压不同，常用为0.15V或0.3V。同样，过电流保护也要有一定的延时时间。若由于外部负载引起保护，将外部负载移除即可从保护状态恢复。    
    三、有时，电池接入保护电路后，电池并没有处于正常模式，无法对外放电，此时只要将电池接入充电器即可。对于过放电的锂电有时间接入充电器是不能充电的，要先给电池直接充电到3.2v后，才可以接入保护板充电！

应用电路: