单节锂离子电池保护芯片的设计

　　前 言

　　锂离子电池保护芯片的设计与其封装结构密切相关，如图1所示为封装在锂离子电池内部的保护电路的基本结构。在正常情况下，充电控制端CO 和放电控制端DO 为高电位，N型放电控制管FET1和充电控制管FET2处于导通状态，电路的工作方式可以是电池向负载放电，也可以是充电器对电池进行充电;当保护电路检测到异常现象(过充电、过放电和过电流)时，使CO或DO输出低电平，从而切断充电或放电回路，实现保护功能。

　　为了有效利用放电电流或充电电流，FET1和FET2采用导通电阻很小的功率管。它们的选择原则除了导通电阻要小，还要求体积小，并且关闭时源漏击穿电压要能经受不匹配充电器的影响。从理论上说，FET1和FET2可以用N 管也可以用P 管。但由于单节锂离子电池保护电路的电源电压较低，为了减小导通电阻，一般都采用N管。图1中二极管是FET1和FET2的寄生二极管，它们的存在使系统在过放电状态下能对电池充电，在过充电状态下能对负载放电。

　　图1 3.6V 锂离子电池保护电路封装结构

　　锂离子电池保护芯片的应用场合要求其具有低电流驱动、高精度检测的特点，另外由于保护电路的供电电源即为电池电压，因此在电池电压的变化范围内，保护电路必须正常工作，本文根据图1 所示的连接关系，设计一种低功耗单节锂离子电池保护芯片，其电池电压可以在1V—5.5V范围内变化。

　　系统结构设计

　　锂离子电池保护芯片的基本功能是进行过充电保护、过放电保护和过电流保护，其中过电流保护包括充电过流保护和放电过流保护。下面以保护电路的基本功能为出发点，分析其系统的组成。

　　检测异常现象

　　锂离子电池保护电路为了实现其基本功能，首先需要检测异常现象。过充电和过放电检测是将电池电压进行分压(采样)后与基准电压比较实现的;而对于过流检测，保护芯片首先将充放电过程中的电流转化为在功率管FET1、FET2上的电压，然后通过VM与基准电压比较完成，放电过流检测的是正电压，充电过流检测的是负电压。

　　滤除干扰信号

　　通常在锂离子电池保护电路的工作过程中会有干扰信号存在，干扰信号的类型主要有两种：一种为瞬间干扰，它是指在正常的信号上，在极短的时间内叠加上一个较大的信号。另一种为波动干扰，它是指信号的起伏波动。如图2 以充电过程解释了这两类干扰，其中VCU 为过充电检测电压。

　　为了防止干扰信号的引入使保护电路产生误动作，可以从系统角度考虑采用适当的措施减小它们的影响。