基于DW01芯片的鋰電池保護電路設計　

摘要：本文介紹了DW01芯片的結構以及工作原理，并給出了單節鋰電池的雙重保護電路設計，該電路具有體積小巧、保護靈敏等特點。

引言

　　隨著電子技術的發展，越來越多的手持設備在煤礦井下得到了廣泛的應用。為了提高手持設備的續航能力，其供電電池多采用鋰電池供電。而為了保證鋰電池供電手持儀器在煤礦井下的安全使用，鋰電池必須帶有保護電路，防止其過充、過放以及短路保護。本文以DW01為主要芯片，設計了一款單節鋰電池保護電路，具有體積小巧、成本低廉等優點。

1 DW01芯片介紹

　　DW01是一款單節可充電鋰電池保護集成電路，具有過充、過放、過流及短路保護功能。內部包含：三個電壓檢測電路、一個基準電路、一個延遲電路、一個短路保護電路和一個邏輯電路，其結構如圖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 電路設計及電路工作原理

　　由于煤礦井下環境的特殊性，對儀器設備安全性要求更為嚴格，在電路設計時均采用雙重保護。因此，本文中由2塊DW01和2塊SPN8822A芯片設計為雙重保護電路，其原理圖如圖3所示^[2]。

2.1 鋰電池保護板正常工作過程^[3]

　　當電芯電壓在2.5V至4.3V之間時，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DW01的第1腳、第3腳電壓將分別加到SPN8822A的第4、5腳，SPN8822A內的兩個電子開關因其G極接到來自DW01的電壓，故均處于導通狀態，即兩個電子開關均處于開狀態。此時，電芯的負極與保護板的P-端相當于直接連通，保護板有電壓輸出。

2.2 鋰電池保護板過放電保護控制原理

　　當電芯通過外接的負載進行放電時，電芯的電壓將慢慢降低，同時，DW01內部將通過R200電阻實時監測電芯電壓，當電芯電壓下降到約2.3V時，DW01將認為電芯電壓已處于過放電電壓狀態，便立即斷開第1腳的輸出電壓，使第1腳電壓變為0V，SPN8822A內的開關管因第4腳無電壓而關閉。此時電芯與保護板之間處于斷開狀態，即電芯的放電回路被切斷，電芯將停止放電。保護板處于過放電狀態并一直保持。等到保護板接上充電電壓后，DW01檢測到充電電壓后便立即停止過放電狀態，重新在第1腳輸出高電壓，使SPN8822A內的過放電控制管導通，即電芯與保護板又重新接上，電芯經充電器直接充電。

2.3 鋰電池保護板過充電保護控制原理

　　當電池通過充電器正常充電時，隨著充電時間的增加，電芯的電壓將越來越高，當電芯電壓升高到4.4V時，DW01將認為電芯電壓已處于過充電電壓狀態，便立即斷開第3腳的輸出電壓，使第3腳電壓變為0V，SPN8822A內的開關管因第5腳無電壓而關閉。此時，電芯與保護板之間處于斷開狀態，即電芯的充電回路被切斷，電芯將停止充電，保護板處于過充電狀態并一直保持。等到保護板接上放電負載后，因此時雖然過充電控制開關管關閉，但其內部的二極管正向與放電回路的方向相同，故放電回路可以進行放電。當電芯的電壓低于4.3V時，DW01停止過充電保護狀態，重新在第3腳輸出高電壓，使SPN8822A內的過充電控制管導通，即電芯與保護板又重新接上，電芯又能進行正常的充放電。

2.4 保護板短路保護控制原理

　　在保護板對外放電的過程中，SPN8822A內的兩個電子開關并不完全等效于兩個機械開關，而是等效于兩個阻值很小的電阻，并稱為SPN8822A的導通內阻。每個開關的導通內阻約為30mΩ，加在G極上的電壓實際上是直接控制每個開關管的導通內阻大小的。當G極電壓大于1V時，開關管的導通內阻很小(幾十毫歐)，相當于開關閉合;當G極電壓小于0.7V時，開關管的導通內阻很大(幾MΩ)，相當于開關斷開。DW01允許輸出的最大電流是3.3A，實現了過電流保護。

3 結束語

　　該電路設計具有體積小、成本低、可靠性和穩定性高等優點，適用于中、小功率電子設備，并且該產品已在煤礦井下的便攜設備中得到了大量的應用。

參考文獻：

　　[1] DW01數據手冊[EB/OL],http://wenku.baidu.com/view/64b4aaf3f90f76c661371a64.html.

　　[2]SPN8822A數據手冊[EB/OL],http://www.micro-bridge.com/data/syncpower/SPN8822A.pdf.

　　[3]鋰離子電池保護電路原理分析[EB/OL].電子開發網.http://www.dzkf.cn/html/dianziDIY/2007/0215/1600.html.

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第7期第71頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。