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貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1762次  |  2019年11月08日  

如今,手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)(攝像機(jī))、pDA、Mp3/4…越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為系統(tǒng)電路供電的電源。對(duì)電源的要求注重鋰電池體積要小,能量密度要高,并且無記憶效應(yīng),還可循環(huán)多次使用等優(yōu)點(diǎn)。然而鋰電池爆炸事故近來也時(shí)有發(fā)生。所以對(duì)于鋰電池的安全性也越來越引起人們的重視。鋰電池保護(hù)板選擇合適的貼片保險(xiǎn)絲也就顯得非常重要了。


單節(jié)鋰電池的組成




鋰電池主要由電芯和電池保護(hù)板組成(如圖2)


鋰電池保護(hù)板主要功能:(1)過度充電保護(hù),(2)過度放電保護(hù),(3)過電流/短路保護(hù)


鋰電池保護(hù)板主要元器件:1,保護(hù)IC2,MOSFET3,SMDFUSE


單節(jié)鋰電池保護(hù)板上保險(xiǎn)絲的選擇


1,封裝:根據(jù)客戶的線路板決定試用尺寸,一般用1206/0603尺寸。


2,額定電壓:24V以上


3,額定電流:一般采用5A(要考慮到保險(xiǎn)絲在鋰電池保護(hù)板上是2次保護(hù),所以要考慮到保護(hù)IC的保護(hù)延遲時(shí)間來確定保險(xiǎn)絲的熔斷時(shí)間)


4,冷電阻:15mΩ以下


5,安規(guī)要求:UL認(rèn)證


6,符合RoHS要求和Halogen-Free要求下面舉2個(gè)例子來說明保險(xiǎn)絲的選擇。


例1:某單節(jié)鋰電池保護(hù)板電路圖如圖3,保護(hù)IC采用SII(精工)S8261ACJ,基本參數(shù)如圖4,采用的MOS管為BF9028DNJ/BF9028DNJ-A,部分參數(shù)如圖5。



A:保護(hù)電路工作正常


保護(hù)IC過電流保護(hù)原理:電流當(dāng)放電電流過大或短路情況發(fā)生時(shí),保護(hù)IC將激活過(短路)電流保護(hù),此時(shí)過電流的檢測是將powerMOS的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測其電壓的下降情形,若比所定的過電流檢測電壓還高則停止放電。


根據(jù)公式‘V-(過電流檢測電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2’可以算出放電電流達(dá)到多少保護(hù)IC開始進(jìn)行保護(hù)作用。


1:短路保護(hù)情況:


當(dāng)過電流檢測電壓0.9V,MOS管內(nèi)阻取最大值時(shí)候,可以檢測過電流將為最小值。算出此時(shí)過電流值為15A,此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間320us


當(dāng)過電流檢測電壓1.5V,MOS管內(nèi)阻取最小值時(shí)候,可以檢測過電流將為最大值。


算出此時(shí)過電流值為46.875A,此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間380us。


結(jié)論1:需求保險(xiǎn)絲在46.875A時(shí)候熔斷時(shí)間要大于380us,才能保證短路保護(hù)情況下保險(xiǎn)絲不會(huì)先于保護(hù)IC熔斷。


B:保護(hù)電路工作異常。



此時(shí)保護(hù)IC對(duì)短路不能起到保護(hù)作用,當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)候需要保險(xiǎn)絲快速熔斷。


考慮因素如下:


電芯電壓:3.8~4.2V


電芯內(nèi)阻:<150mΩ


保護(hù)板內(nèi)阻:MOS管內(nèi)阻+保險(xiǎn)絲內(nèi)阻(15mΩ)+pCB板內(nèi)阻(10mΩ)


短路負(fù)載內(nèi)阻:0~100mΩ


要考慮保險(xiǎn)絲的快速熔斷,所以就考慮短路電流的最小值,可以算出短路電流最小值11A。


結(jié)論2:此要求保險(xiǎn)絲在11A電流情況下快速熔斷。


綜合A,B兩種情況,此保護(hù)板上選用SARTS0603-F-5.0A可以滿足要求。例2:某鋰電池保護(hù)板上采用保護(hù)IC為MM3177,MOSFET為AO8810


A:也可以用示波器測試其保護(hù)IC的短路保護(hù)延遲時(shí)間。


短路情況:多次短路測試發(fā)現(xiàn)保護(hù)IC(MM3177)能很好的起到短路保護(hù)作用,短路延遲時(shí)間11.4ms。短路其短路電流情況如圖7(多次測試發(fā)現(xiàn)每次短路延遲時(shí)間變化微小,取其中較大的一次),此時(shí)測試到短路電流為16.4A。



根據(jù)測試情況,此款電池保護(hù)板采用的保護(hù)IC(MM3177)在做輸出短路保護(hù)時(shí)候有一個(gè)保護(hù)延遲時(shí)間,從測試來看短路電流在15A~20A時(shí)候,MM3177的短路保護(hù)延遲時(shí)間為10ms~13ms。


(1)測試S0603-B-5.0A保險(xiǎn)絲在20A熔斷時(shí)間如下表





(2)從測試數(shù)據(jù)來看S0603-B-5.0A在20A先熔斷時(shí)間大于保護(hù)ICMM3177同電流情況下保護(hù)延遲時(shí)間(11ms~13ms)。


(3)此電池保護(hù)板(采用MM3177)上采用S0603-B-5.0A保險(xiǎn)絲,能更好的起到保護(hù)作用。


從實(shí)例1,2可以看出,單節(jié)鋰電池上選擇保險(xiǎn)絲需要考慮到保護(hù)IC的短路保護(hù)時(shí)間。


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