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鋰電心保護(hù)扳的核心器件及電路簡介
來源： 日期：2013-11-5 23:28:32 人氣：標(biāo)簽：
(1)電子開關(guān)
保護(hù)板 基本的功能就是欠壓保護(hù)和過壓保護(hù)。欠壓保護(hù)另一個(gè)代名詞叫放電保護(hù)：過壓保護(hù)另一個(gè)代名詞叫充電保護(hù)。實(shí)際就是兩個(gè)開關(guān)：充電時(shí)，單電心過壓，充電保護(hù)開關(guān)斷開，切斷充電電路；放電時(shí)，單電心到達(dá)截止電壓，放電保護(hù)開關(guān)斷開．切斷外電路放電。
無論放電保護(hù)開關(guān)還是充電保護(hù)開關(guān)，要求速度很快，只有電子開關(guān)才能勝任。綜合成本和內(nèi)阻，nmos功率管是 佳選擇。電路圖符號(hào)見下圖(a)nmos管符號(hào)。
nmos即n溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管，屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，有三條引線分別為漏極d、源極s和柵極g。正確的供電方式為漏極d高電位、源極s低電位，柵極g的電位控制著漏極d源極s之間的導(dǎo)通和截止。把漏極d和源極s近似看作是一個(gè)開關(guān)。
當(dāng)g比s電位高、達(dá)到開啟電壓(手冊(cè)上vcs)時(shí)，d、s之間導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合：當(dāng)gs之間電壓為0v時(shí)，ds之間導(dǎo)電溝道被夾斷，相當(dāng)于開關(guān)截止斷開。見下圖nmos功率管(c)等效圖。
還必須介紹一個(gè)生產(chǎn)實(shí)際，制造nmos管時(shí)．在漏極d和源極s之間自然生成一只硅二極管。這只硅二極管的正極p和源極d同極．硅二極管的負(fù)極n和漏極s同極．也就是等效開關(guān)還并聯(lián)著一只硅功率二極管。常稱這只客觀存在的硅二極管為寄生或者體二極管，實(shí)際應(yīng)該表示為下圖(b)。在設(shè)計(jì)、分析保護(hù)板時(shí)不可以忽視它的存在。本文在不可忽視寄生二極管作用的地方均采用下圖(b)nmos管實(shí)物完整符號(hào)。
nmos管在正向?qū)〞r(shí)，屬于電子導(dǎo)電，d、s之間導(dǎo)通電阻很小。可到lomfl級(jí)，見下圖(c)nmos管等效圖的左圖。幾只nmos管并聯(lián)正向?qū)〞r(shí)，可以按電阻并聯(lián)計(jì)算，電流從漏極流向源極．ds之間壓降很小．接近0v。此時(shí)，寄生二極管截止，對(duì)ds導(dǎo)通沒有任何影響。
nmos管截止時(shí)．ds之間電阻無窮大，見下圖(c)nmos管等效圖的中圖。此時(shí)，如果ds之間加反電壓，即s電位高于d電位，見下圖(c)nmos管等效圖的右圖。請(qǐng)注意，該電壓對(duì)寄生二極管pn結(jié)來說是正向偏置電壓。大家知道硅二極管正向偏置電壓小于o,5v，硅二極管保持截止，硅二極管正向偏置電壓大于o.5v，開始導(dǎo)通，電流從p流向n，pn結(jié)的壓降從0.5v～0,7v—iv不等，電流小時(shí)保持在0.5v-0.7v之間，電流大到一定程度保持在0.7v左右，再大可到1v。
二極管導(dǎo)通具有空穴導(dǎo)電的性質(zhì)．才存在正向壓降類似指數(shù)曲線的特性。因此，幾只二極管并聯(lián)導(dǎo)通也不能減小pn兩極之間的壓降。
小結(jié)：保護(hù)板nmos管正向?qū)〞r(shí)ds之間壓降近似ov;nmos“反向?qū)?rdquo;時(shí)ds之間壓降恒定在0.7v~iv左右：寄生二極管的電流級(jí)別同nmos管。
(2)電壓比較器
電雎比較器是一個(gè)集成電路，電路符號(hào)如下圖．電壓比較器(a)所示，有五個(gè)接線端：電源+正極．電源一負(fù)極：兩個(gè)輸入端，同相輸入端，反相輸入端；一個(gè)輸+出端，見下圖(a)電壓比較器電路符號(hào)。
為了敘述輸出和輸入的關(guān)系．用a代表同相輸入端，b代表反相輸入端，c代表輸出端。如下圖(b)電壓比較器輸入輸出關(guān)系所示。
同相輸入端電位高于反相輸入端，輸出高電位：
同相輸入端電位低于反相輸入端，輸出低電位。規(guī)律非常好記：輸出總是和同相端相同，和反相端相反。
保護(hù)板的實(shí)際應(yīng)用，有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)用于充電過壓檢測，輸出控制充電保護(hù)開關(guān)的g;-個(gè)用于放電截止電壓的檢測，輸出控制放電保護(hù)開關(guān)的g。
例如錳酸鋰電保護(hù)板，見下圖。圖(a)充電過壓保護(hù)：將充電過壓保護(hù)的電壓比較器的a接參考電位4.2v．b接電心的正極。當(dāng)b低于4.2v的a肘．c輸出高電位．使充電保護(hù)開關(guān)接通，充電正常進(jìn)行；當(dāng)b高于4.2v的a時(shí)．c輸出低電位，使充電保護(hù)開關(guān)切斷，充電停止。
再看下圖(b)放電欠壓保護(hù)，負(fù)責(zé)放電欠壓保護(hù)的電壓比較器的b．接參考電位3v，a接電心的正極，當(dāng)a高于3v的b時(shí)．c輸出高電位．使放電保護(hù)開關(guān)接通，正常放電：當(dāng)a低于3v的b時(shí)．c輸出低電位，使放電保護(hù)開關(guān)切斷，對(duì)外放電停止。
(3)放電過流保護(hù)和外電路短路保護(hù)，
見下圖(c)鋰電雖然放電電流比鉛酸電池大，也必須控制。
因?yàn)椋烹婋娏鬟^大，溫度高會(huì)危害鋰電心壽命，嚴(yán)重的會(huì)引起燃燒和爆炸。內(nèi)電路或外電路短路，都是引起燃燒和爆炸的導(dǎo)火索。
絕大多數(shù)保護(hù)板在具有欠壓、過壓基本功能的基礎(chǔ)上，增加了放電過流保護(hù)和外電路短路保護(hù)．這屬于錦上添花的高級(jí)功能之一。關(guān)鍵是將放電電流檢測，變?yōu)樾盘?hào)電壓后，再送入電壓比較器的輸入端，當(dāng)電流達(dá)到一定值時(shí)，電壓比較器輸出低電平．關(guān)斷放電保護(hù)開關(guān)。也就是說，可以將它與放電欠壓保護(hù)的比較器合成到—起。
關(guān)于電流取樣有兩類：一種用康銅絲做成電流取樣電阻．如下圖(c)的中所示，電流越大．康銅絲兩端的電壓差越大；一種是兩只nmos管d_對(duì)d對(duì)接．如下圖'c)的上所示，電流越大，兩開關(guān)管串聯(lián)的電壓差越大。此信號(hào)加到下圖 (c)的下所示電壓比較器．該比較器的輸出端也去控制放電保護(hù)開關(guān)管的g。電流大到設(shè)定值．比較器動(dòng)作，關(guān)斷放電保護(hù)開關(guān)管，切斷放電通路。
電動(dòng)車以及電動(dòng)工具等多電心、電流大的的基本都采用前者：手機(jī)等單電心、電流小的采用后者，成本低、集成度高，體積小。
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