电池平衡电路工作原理

锂电池保护板根据使用电池保护IC，电压等不同参数有所不同，保护板有两个核心部件：一块保护IC，它是由精确的比较高来获得可靠的保护参数；另外是MOSFET串在主充放电回路中担当高速开关，执行保护动作。下面以DW01配双NMOS管8205A进行讲解。

锂电池平衡电路保护装置的电路原理如上图所示，总体来讲主要是由电池保护控制ICDW01和外接放电开关M1以及充电开关M2来实现。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，当P+/P-端连接充电器，给电池正常充电时，M1，M2均处于导通状态；当控制IC检测到充电异常时，将M2关断终止充电。当P+/P-端连接负载，电池正常放电时，M1，M2均导通；当控制IC检测到放电异常时，将M1关断终止放电。

该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能。

电池平衡电路工作原理分析如下：

1）正常状态

在正常状态下电路中DW01的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。

此状态下保护电路的消耗电流为uA级。

2）过充电保护

锂离子电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V（根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V），转为恒压充电，直至电流越来越小。电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。

在带有保护电路的电池中，当控制IC（DWO1）检测到电池电压达到4.3V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使M2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于M2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超过4.05V至发出关断M2信号之间时过充释放，M2转为打开，开始充电。

3、过放电保护

电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏

在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.5V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使M1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于M1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。

由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1uA。

4、过电流保护

电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值U=I*RDS*2，RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“CS”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使U>0.15V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使M1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。

在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值，还取决于MOSFET的导通阻抗，当MOSFET导通阻抗越大时，对同样的控制IC，其过电流保护值越小。

5、短路保护

电池在对负载放电过程中，若回路电流大到使U>1V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，控制IC则判断为负载短路，其“DO”脚将迅速由高电压转变为零电压，使M1由导通转为关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。短路保护的延时时间极短，通常小于7微秒。其工作原理与过电流保护类似

DW01的CS脚为电流检测脚，输出短路时，充放电控制MOSFET的导通压降剧增，CS脚电压迅速升高，DW01输出信号使充放电控制MO SFET迅速关断，从而实现过电流或短路保护。