锂在元素周期表上位于第3位，因外层电子数为1个，容易失去从而形成稳定结构，故锂是一种非常活泼的金属。由锂元素制成的锂离子电池，具有放电电流大、内阻低、寿命长、无记忆效应等优点，现已被广泛使用。但锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电和短路，否则将会引起电池寿命缩短或起火、爆炸等事故，因此可充型锂电池都会连接一块充放电保护电路板（常简称保护板）来保护电芯的安全，如图1所示。

    锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC协同完成，保护板由电子元件组成，在－40℃～＋85℃的环境下时刻准确地监视电芯的电压和充放电回路的电流，并及时控制电流回路的通断；PTC的主要作用是在高温环境下进行保护，防止电池发生燃烧、爆炸等恶性事故。

    ［提示］PTC是英文Positivetemperature coefficient的缩写，意即正温度系数电阻（温度越高，阻值越大）。该元件可起过流保护作用，即防止电池高温放电和不安全的大电流充放电。PTC器件采用高分子材料聚合物，通过严格的工艺制成，由聚合物树醋基体及分布在里面的导电粒子组成。在正常情况下，导电粒子在树醋中构成导电通路，器件表现为低阻抗；当电路中有过流现象发生时，流经PTC的大电流产生的热量使聚合物树醋基体体积膨胀，因而切断导电粒子间的连接，从而对电路起到过流保护作用。当故障解啥后，该元件可自动恢复到初始状态，保证电路正常工作。

    一、锂电池的充放电要求
      1.锂电池的充电
    单节锂电池的最高充电终止电压为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。对锂电池充电时，应采用专用的恒流、恒压充电器，先恒流充电至锂电池两端电压为4.2V后，转入恒压充电模式；当恒压充电电流降至100mA时，应停止充电。

    充电电流（mA）可为0.1～1.5倍电池容量，例如：1350mAh的锂电池，其充电电流可控制在135mA～2025mA之间。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。

    2. 锂电池的放电
    由于锂电池的内部结构原因，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命会缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。单节锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间（小时）＝电池容量／放电电流，且锂电池放电电流（mA）不应超过电池容量的3倍，例如：1000mAh的锂电池，则放电电流应严格控制在3A以内，否则会使电池损坏。

    二、保护电路的组成
    保护电路通常由控制IC、MOs开关管、熔断保险丝、电阻、电容等元件组成，如图2所示。正常的情况下，控制IC输出信号控制MOs开关管导通，使电芯与外电路导通，当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立即控制MOS管关断，以保护电芯的安全。

    控制IC内置高精度电压检测电路和多级电流检测电路。其中，电压检测电路一是对充电电压进行检测，一旦达到其设定阈值（通常为3.9V～4.4V），立即进入过充电保护状态；二是对放电电压进行检测，一旦达到其设定阈值（通常为2.0V～3.0V ），立即进入过放电保护状态。

    在该电路中，MOS开关管多采用薄型TSSOP -8或SOT23 -6封装形式，其外形如图3所示。这些MOS开关管有的内含一只N沟道场效应管，如FDMC7680，其①～③脚为S极，④脚为G极，⑤～⑧脚为D极，其内部结构如图4所示；有的内含两只N沟道场效应管，如FDW9926A、8205A等，其引脚功能与封装形式有关，如图5所示。



【提示】若控制IC与MOs开关管上有小圆形凹点，则该凹点所对管脚为①脚；若表面没有凹点，则元件型号标注左侧的第一个管脚为①脚，其余引脚按逆时针方向排列。另外，在换用MOS开关管时，需根据实际线路走向判断其内部电路，从而进行正确的代换。

    另外，部分锂电池保护电路中还安装有NTC和ID信号形成元件。NTC是英文Negativetemperature coefficient的缩写，意即负温度系数电阻。该元件在此电路中主要起过热保护作用，即当电池自身或其周边环境温度升高时，NTC元件阻值降低，使用电设备或充电设备及时作出反应，若温度超过一定值时，系统进入保护状态，停止充放电。ID是Identification的缩写，即身份识别的意思，其信息识别的元件分为两种：一是存储器，常为兽线接口存储器，存储电池种类、生产日期等信息；二是识别电阻，这两者均可起到产品的可追溯和应用的限制。

    三、保护电路工作原理分析

    单节锂电池的正常输出电压约为3.7V，可直接作为手机、MP3/MP4及部分小屏幕的平板电脑的电源。对于需要较高电压的电器而言，如移动DVD/EVD或大屏幕平板电脑，这时可用多节锂电池串联得到所需电压，如一款需11.1V供电的平板电脑，则配用电池组件为三块串联的锂电池。单节锂电池与多节串联锂电池的保护电路有所不同，下面分别举例分析。

    1．单节锂电池保护电路
    单节锂电池充放电保护电路的具体组成方案较多，但工作原理相差不大，下面以在手机中用得较多的一种电路为例进行分析，供参考。

    该电路的控制芯片为DW01（或312F） ， MOS开关管为8205A，如图6所示，B＋、B-分别是接电芯的正、负极；P＋、P -分别是保护板输出的正、负极； T为温度电阻（NTC）端口，一般需要与用电器的CPU配合才能进行保护控制。

    DWO1或312F是一款锂电池保护芯片，内置有高精确度的电压检测与时间延迟电路，主要参数如下：过充检测电压为3V，过充释放电压为4.05V；过放检测电压为2.5V，过放释放电压为3.0V ；过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V；DW01允许电池输出的最大电流是3.3A。该芯片的引脚功能见表1。

    （1）正常工作
    该保护板的电路如图7所示，当电芯电压在2.5V～4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平（等于供电电压），②脚电压为0V。此时8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状态，由于8205A的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此时电芯的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下：B＋→P＋→负载。P-→8205A的②、③脚→8205A的①脚→8205A的⑧脚→8205A的⑥、⑦脚→B-。

    【提示】在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小（数十毫欧姆），相当于开关闭合；当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大（几兆欧姆），相当于开关断开。

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