可监视电压的1节可充电锂电池保护电路

本电路采用S-82R1A保护IC，用于对1节锂离子/锂聚合物可充电电池组的过充电、过放电和过电流的保护。

电路原理

本电路通过把NTC热敏电阻器连接于S-82R1A的热敏电阻器连接端子（TH端子），可以进行过热保护。通过使用电池电压监视端子（BS端子），还能监视电池电压，实现了以下性能：
-  过热检测温度+45°C ~ +85°C（1°C进阶）：精度±3°C
-  过充电检测电压 3.500 V ~ 4.800 V（5 mV进阶）：精度±15 mV 
-  过充电解除电压 3.100 V ~ 4.800 V：精度±50 mV 
-  过放电检测电压 2.000 V ~ 3.000 V（10 mV进阶）：精度±50 mV 
-  过放电解除电压 2.000 V ~ 3.400 V：精度±75 mV 
-  放电过电流1检测电压 3 mV ~ 100 mV（0.5 mV进阶）：精度±1.5 mV 
-  放电过电流2检测电压 10 mV ~ 100 mV（0.5 mV进阶）：精度±3 mV 
-  负载短路检测电压 20 mV ~ 100 mV（1 mV进阶）：精度±5 mV 
-  充电过电流检测电压 -100 mV ~ -3 mV（0.5 mV进阶）：精度±1.5 mV 
-  各种检测延迟时间仅通过内置电路即可实现（不需要外接电容） 
-  放电过电流状态解除电压 : 放电过电流解除电压（VRIOV） = VDD × 0.8（典型值） 
-  休眠功能 : 有
-  高耐压：VM端子、CO端子的绝对最大额定值28 V 
 工作时消耗电流：4.5μA（典型值）、6.0μA（最大值）（Ta = +25°C） 
-  休眠时消耗电流： 50 nA（最大值）（Ta = +25°C） 
-  过放电时消耗电流： 0.5μA（最大值）（Ta = +25°C）

 

电池保护IC的连接示例

1、通常状态

通常状态下，S-82R1A通过监视连接在VDD-VSS间的电池电压，VINI-VSS间电压，以及NTC热敏电阻器的温度，来控制充电和放电。

电池电压在过放电检测电压（VDL）以上、过充电检测电压（VCU）以下的范围、VINI端子电压在充电过电流检测电压（VCIOV）以上、放电过电流1检测电压（VDIOV1）以下的范围、NTC热敏电阻器的温度在过热检测温度（TTD）以下时，充电控制用FET和放电控制用FET都为ON。这种状态称为通常状态，可自由的进行充放电。

初次连接电池时，有可能不能放电。这时，如果连接充电器就可变为通常状态了。

 

2、过充电状态

过充电状态有2种情况：即过充电解除电压和过充电检测电压相异（VCL ≠ VCU）、相同（VCL = VCU）。

（1）VCL ≠ VCU

当通常状态下的电池电压在充电过程中超过VCU，且这种状态保持在过充电检测延迟时间（tCU）以上的情况下，充电控制用FET为OFF，会停止充电。这种状态称为过充电状态。过充电状态的解除，分为如下的2种情况。

如果VM端子电压在低于0.35V（典型值）的情况下，当电池电压降低到过充电解除电压（VCL）以下时，即可解除过充电状态。

如果VM端子电压在0.35V（典型值）以上的情况下，当电池电压降低到VCU以下时，即可解除过充电状态。检测出过充电之后，连接负载开始放电，由于放电电流通过充电控制用FET的内部寄生二极管流动，因此VM端子电压比VSS端子电压增加了内部寄生二极管的Vf电压。此时，如果VM端子电压在0.35V（典型值）以上的情况下，当电池电压在VCU以下时，即可解除过充电状态。

（2）VCL = VCU

当通常状态下的电池电压在充电过程中超过VCU，且这种状态保持在tCU以上的情况下，充电控制用FET为OFF，会停止充电。这种状态称为过充电状态。

当VM端子电压在0.35V（典型值）以上，并且电池电压降低到VCU以下时，即可解除过充电状态。检测出过充电之后，连接负载开始放电，由于放电电流通过充电控制用FET的内部寄生二极管流动，因此VM端子电压比VSS端子电压增加了内部寄生二极管的Vf电压。此时，如果VM端子电压在0.35V（典型值）以上的情况下，当电池电压在VCU以下时，即可解除过充电状态。

对于超过VCU而被充电的电池，即使连接了较大值的负载，也不能使电池电压下降到VCU以下的情况下，在电池电压降低到VCU以下为止，放电过电流检测以及负载短路检测是不能发挥作用的。但是，实际上电池的内部阻抗有数十mΩ，在连接了可使过电流发生的较大值负载的情况下，因为电池电压会马上降低，因此放电过电流检测以及负载短路检测是可以发挥作用的。

检测出过充电之后，在连接充电器的情况下，即使电池电压降低到VCL以下，也不能解除过充电状态。断开与充电器的连接，当放电电流流动，VM端子电压上升到0.35V（典型值）以上时，既可解除过充电状态。

 

充电时序图

 

3、过放电状态

当通常状态下的电池电压在放电过程中降低到VDL以下，且这种状态保持在过放电检测延迟时间（tDL）以上的情况下，放电控制用FET为OFF，会停止放电。这种状态称为过放电状态。

在过放电状态下，由于VDD－VM端子间可通过RVMD来进行短路，因此VM端子会因RVMD而被上拉。在过放电状态下如果连接充电器，当VM端子电压降低到0V（典型值）以下时，电池电压在VDL以上，解除过放电状态。VM端子电压不低于0V（典型值）时，电池电压在过放电解除电压（VDU）以上，解除过放电状态。
在过放电状态下，没有连接RVMS。

在过放电状态下，当VM端子电压上升到0.7V（典型值）以上时，休眠功能则开始工作，消耗电流将减少到休眠时消耗电流（IPDN）。通过连接充电器，使VM端子电压降低到0.7V（典型值）以下，来解除休眠功能。

在过放电状态下，即使VM端子电压上升到0.7V（典型值）以上，休眠功能也不会工作。

4、放电过电流状态

放电过电流状态有4种情况：放电过电流1、放电过电流2、负载短路、负载短路2。

（1）放电过电流1、放电过电流2、负载短路

在通常状态下的电池，由于放电电流达到指定值以上，会导致VINI端子电压上升到VDIOV1以上，且此状态持续保持在放电过电流1检测延迟时间（tDIOV1）以上的情况下，放电控制用FET为OFF，会停止放电。这种状态称为放电过电流状态。

在放电过电流状态下，VM－VSS端子间可通过RVMS来进行短路。但是，在连接着负载的期间，VM端子电压由于连接着负载而变为VDD端子电压。若断开与负载的连接，则VM端子恢复回VSS端子电压。

当VM端子电压降低到VRIOV以下时，即可解除放电过电流状态。在放电过电流状态下，没有连接RVMD。

（2）负载短路2

在通常状态下的电池，连接了能导致放电过电流发生的负载，VM端子电压上升到VSHORT2以上，且此状态持续保持在负载短路检测延迟时间（tSHORT）以上的情况下，放电控制用FET为OFF，会停止放电。这种状态称为放电过电流状态。

5、充电过电流状态

在通常状态下的电池，由于充电电流在指定值以上，会导致VINI端子电压降低到VCIOV以下，且此状态持续保持在充电过电流检测延迟时间（tCIOV）以上的情况下，充电控制用FET为OFF，会停止充电。这种状态称为充电过电流状态。

断开与充电器的连接，当放电电流流动，VM端子电压上升到0.35V（典型值）以上时，既可解除充电过电流状态。在过放电状态下，充电过电流检测不发挥作用。

6、过热保护状态

当连接于TH端子的NTC热敏电阻器的温度超过过热检测温度（TTD），且此状态持续维持在过热检测延迟时间（tTH）以上的情况下，充电控制用FET和放电控制用FET都为OFF，会停止充放电。这种状态称为过热保护状态。

当NTC热敏电阻器的温度低于过热解除温度（TTR）时，解除过热保护状态。在过放电状态下，过热检测不工作。

7、电池电压监视端子（BS端子）

通过BS端子可以监视VSS端子的电位。在通常状态下，BS端子、VSS端子间通过RBSS连接。在通常状态以外时，RBSS被切断。但是，在过放电状态连接充电器时，当VM端子电压降低到0V（典型值）以下，RBSS会被连接。

8、允许向0V电池充电

已被连接的电池电压因自身放电，在为0V时的状态下开始变为可进行充电的功能。在EB+端子与EB?端子之间连接电压在向0V电池充电开始充电器电压（V0CHA）以上的充电器时，充电控制用FET的门极会被固定为VDD端子电压。

借助于充电器电压，当充电控制用FET的门极和源极间电压达到阈值电压以上时，充电控制用FET将被导通（ON）而开始进行充电。此时，放电控制用FET为OFF，充电电流会流经放电控制用FET的内部寄生二极管而流入。在电池电压变为VDL以上时恢复回通常状态。

9、禁止向0V电池充电

连接了内部短路的电池（0V电池）时，禁止充电的功能。电池电压在0V电池充电禁止电池电压（V0INH）以下时，充电控制用FET的门极被固定在EB?端子电压，而禁止进行充电。当电池电压在V0INH以上时，可以进行充电。

有可能存在被完全放电后，不推荐再一次进行充电的锂离子可充电电池。这是由于锂离子可充电电池的特性而决定的，所以当决定允许或禁止向0V电池充电时，请向电池厂商确认详细情况。

10、延迟电路

各种检测延迟时间是将约4kHz的时钟进行计数之后而分频计算出来的。备注 tDIOV1, tDIOV2, tSHORT的计时是从检测出VDIOV1时开始的。因此，从检测出VDIOV1时刻起到超过tDIOV2, tSHORT之后，当检测出VDIOV2, VSHORT时，从检测出时刻起分别在tDIOV2, tSHORT之内立即把放电控制用FET切换为OFF。

芯齐齐BOM分析

本电路通过S-82R1A电池保护IC，使用外接NTC热敏电阻器，实现了高精度过热保护电路，而且外接元器件精简。

其中，S-82R1A电池保护IC内置高精度电压检测电路和延迟电路，自带电池电压监视端子，各种检测延迟时间仅通过内置电路即可实现 (不需要外接电容)。S-82R1A工作温度范围广－40°C~+85°C， 采用HSNT-8（1616）封装，无铅（Sn 100%）、无卤素。

 

BOM表中，如果FET的阈值电压在过放电检测电压以上的情况下，有可能导致在过放电检测之前停止放电的情况发生，应该让阈值电压≤过放电检测电压。

电阻器中，由于过充电检测电压精度由R1 = 100Ω保证，连接其他数值的电阻会降低精度。因此，R1应以实测结果为准，定型时选择1% 精度精密电阻器。温度检测精度因NTC热敏电阻器的规格不同而有所偏差，R4选择阻值为470kΩ±1%精度的NTC热敏电阻器。

　　审核编辑：汤梓红