CMD1402為鋰電池保駕護航

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便攜式穿戴設備的更新迭代不斷地促進著鋰電池保護技術的發展與成熟，與此同時，隨著低功耗半導體元器件的飛速發展，使得鋰電池電路在靜態下的功耗進一步降低，優秀的優值系數更是提高了鋰電池在動態條件下電能的有效轉換率，從而延長了負載的工作時間。

鋰電池內部的電化學反應

鋰電池充放電過程就是離子在兩個電極之間做往復運動。充電時，正極會電解出鋰離子,鋰離子從正極流出通過電解液進入負極，在負電極鋰離子處于富集狀態。放電狀態時鋰離子運動則相反。試想，如果對過程中鋰離子運動不加以限制的話，將導致在charge過程中正極離子轉移太多，在discharge過程中負極離子轉移過多。容易造成過充與過放的危險。無論電池的過充還是過放，不僅對電池正常使用造成極大的損害，同時也給電池使用對象構成極大威脅。所以，有必要對這種電化學反應經行精準干預，這種干擾往往通過在電池外圍增加干擾電路，習慣叫做電路保護電路，電路保護板。

鋰電池保護機理

下圖是某單節鋰電池保護芯片參數，

由于電路保護板的存在，使得充放電過程得到有效精準的控制，保障了鋰電池的正常工作。通常，單節鋰電池最大充電電壓值為4.2V左右，保護電路設置的保護電壓值相對會較高，一般為4.5V，當鋰電池充電電壓超過4.5V即為過充。放電的門限電壓為2.7V，保護電路設置的保護電壓相對較低，有的為2.2V，當對外放電至2.2V以下，即為過放。

圖一是基于CMD1402設計的鋰電池保護原理圖。P+與P-為電池連接器上的VBAT+與VBAT-即主要與負載直接連接供電。U1為保護控制芯片。通過與其構成的檢測回路反饋的信號，作出判斷，進而打開或者關閉MOS管開關1和MOS管開關2，以保證充放電的正常工作。B+，B-為電池電芯的正負極。ID方面，MCU通過讀取ID管腳電阻的阻值來獲悉電池的類型信息。TH端接的是一個NTC電阻，根據NTC電壓，利用AC/DC數模轉換，獲取對應的溫度值，從而保障電池在高溫時可以停止充電。

CMD1402為鋰電池保駕護航

核心優勢

CMD1402是一款擊穿電壓BVDSS=20V溝槽工藝場效應晶體管，具有能夠承擔一定功率的能力，提供TO-252、TO-251兩種封裝，封裝如圖所示，這兩種封裝都具有優秀的散熱設計,保障其在大電流高功率導通工作條件下不發熱。閾值電壓VGS(th)不超過1.2V,低閾值電壓使其驅動電路變的簡單，可以直接用控制芯片IC驅動。擊穿電壓BV=20V,用于鋰電池保護電路中凸顯出經濟性。另外，CMD1402還具有相對較強的GFS跨導特性，使得工作在不同的工作區域（線性區，恒流區，截至區），都能有相對寬的偏置電壓被控制。漏源電流可達到50A，在低壓情況下具有卓越的功率輸送能力，除了適用于鋰電池，還可用在小功率電機，電源DC模塊，太陽能控制器也是不二選擇。

降低能耗：

在鋰電池保護中電路中，低功耗尤為重要。CMD1402低的飽和導通內阻（RDSON僅為4.1mΩ）實現了極低的功耗，使其在電路應用中，無論是靜態待機狀態還是動態工作過程均有效降低電池電能損耗。低功耗設計不僅延長了電池續航時間，還對提升電池及設備整體運行效率至關重要。

電路板的工作情況：

1. 正常工作狀態

在正常工作狀態下，電路中U1的“CO”與“DO”都輸出高電平，兩個MOS管都導通，構成了回路，電池便可以進行充電與放電。CMD1402 MOS管的導通電阻只有4.1MΩ左右。

2. 過充保護

電池在充電過程中分為三個階段，分別為涓流充電，恒流充電以及恒壓充電。涓流充電即充電使得電芯電壓達到規格書中的要求電壓，一般為3V，這個過程MOS管工作在線性區，溝道打開較小，MOS電阻較大，電流非常的小。待電池電壓充電達到3.0V以后，便進入恒流充電，此時電流恒定，電壓不斷增大。當電壓值增大到4.2V時，轉換為恒壓充電，此時電流會越來越小直至充滿。(充電電壓根據控制芯片U1的不同，電壓值也略有差異)

有了鋰電池保護板，就不用擔心這些問題。保護板控制IC會檢測VDD-VSS壓差，當壓差超過保護值時，IC控制“CO”腳將由高電平轉換為低電平，此時MOS管關斷，形成斷路，從而起到了充電保護的作用。

控制IC在檢測到電池電壓超過規定值關斷MOS管這一過程，存在一定的延時，目的是為了避免因干擾而造成誤判，同時在電池方面，延遲一般為1s左右。

3. 過放保護

電池在接上負載放電時，電壓會一直下降。當電池電壓低至設定值時(一般為2.7V)，其電池容量被預設系統判定為O。放電過程中，當出現過放，即放電至2.7V后，電池還在放電，且達到保護板設定的電壓值時(一般為2.5V)，控制IC檢測電芯電壓后，將“DO”腳將由高電平轉換為低電平，使得充電管理mos管關斷，從而切斷放電回路，此時電池無法對負載進行放電，起到了保護的作用。

遇到過放恢復的辦法

充電側MOS管存在體二極管，連接充電器，通過體二極管對電池進行充電，恢復至電芯2.5V后解除保護板的保護，MOS管導通，形成完整回路，電池達到2.7V后開機。

4. 過流保護

根據鋰電池的電化學特性，在出廠之前電池廠家對充電與放電電流進行設限，當超過這個上限時，將會導致電池的永久性損壞。

例如，放電過程，電池在正常放電時，放電電流會經過串聯在一起的MOS管，由于MOS管自身存在導通阻抗，其兩端產生一個電壓，電壓值為U=2*I*RDSON，RDSON為單個MOS管的導通阻抗。控制IC會對VM腳的電壓值不斷的檢測。若負載因為某種原因導致回路電流過大，使得MOS管的導通壓降大于規定值時，其“DO”腳將會由高電平轉換為低電平，使得充電管理MOS管關斷，從而切斷回路，使得回路電流為0，起到過電流保護作用。

5. 短路保護

電池在對負載放電時，若回路電流大到使得VM腳檢測到的電壓值大于規定值時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電平轉換為低電平，使得Q充電管理MOS管由導通變為關斷，從而切斷放電回路，起到短路保護的作用。短路保護的延時時間較短，通常是微秒級別。且短路保護的電流值遠大于過流保護的電流值。

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