可充電的鋰離子電池具有輸出電壓高、比能量高、放電電壓穩定、工作溫度範圍寬、自放電率低、儲(chu) 存壽命長、無記憶效應等優(you) 點，應用越來越廣泛，特別是手機的小型化及普及，使鋰離子電池用量猛增。為(wei) 了適應各種不同的便攜式電子產(chan) 品的需要，除單節鋰離子電池外，還有2～4節鋰離子電池組成的電池組。

　　鋰離子電池較為(wei) “嬌氣”，若在充電過程中充電電壓高於(yu) 規定電壓，充電電流超過規定電流；或在放電過程中有過大的放電電流；放電到終止放電電壓還繼續放電，就會(hui) 損壞電池或使之報廢。由於(yu) 目前鋰離子電池價(jia) 格較貴，因此開發出各種保護元件、保護器及監控器，它們(men) 可有效地保護鋰離子電池在充電或使用不當而損壞，監控電池能量的信號輸出。

　　PTC聚合物保護元件是最簡單的保護器，它可保護鋰離子電池在充電或放電過程中不因過大充、放電流或短路而造成電池損害。但它解決(jue) 不了在充電過程中的充電電壓過高（過充電）或放電過程中的電池電壓過低（低於(yu) 終止放電電壓，稱過放電），所以開發出功能完善的保護器集成電路。

鋰離子電池的基本參數
　　鋰離子電池的額定電壓為(wei) 3.6V（少數的是 3.7V）。充滿電時的終止充電電壓與(yu) 電池陽極材料有關(guan) ：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充電時要求終止充電電壓的精度在±1％之內(nei) 。鋰離子電池的終止放電電壓為(wei) 2.4～2.7V（電池廠家給出工作電壓範圍或終止放電電壓的參數略有不同）。高於(yu) 終止充電電壓及低於(yu) 終止放電時會(hui) 對電池有損害。

　　使用有一定要求：充電溫度0～45℃；放電或保存溫度 -20～+60℃。鋰離子電池不適合大電流充放電。一般充電電流不大於(yu) 1C，放電電流不大於(yu) 2C（C是電池的容量，如C=950mAh，1C的充電率即充電電流為(wei) 950mA）。

　　充電、放電在20℃左右效果較好，在負溫下不能充電，並且放電效果差，（在-20℃放電效果最差，不僅(jin) 放電電壓低，放電時間比20℃放電時的一半還少）。

鋰離子電池保護器IC
　　鋰離子電池保護器IC有適用於(yu) 單節的及2～4節電池組的。這裏介紹這類保護器的要求，並重點介紹單節鋰離子電池保護器電路。

　　對鋰離子電池保護器的基本要求：
　　1．充電時要充滿，終止充電電壓精度要保護±1％；
　　2．在充、放電過程中不過流，並有短路保護；
　　3．到達終止放電電壓要禁止繼續放電，終止放電電壓精度在±3％左右；
　　4．對深度放電的電池（低於(yu) 終止放電電壓）在充電前以涓流方式預充電；
　　5．為(wei) 了工作穩定可靠，防止瞬態電壓變化的幹擾，內(nei) 部有過充電、過放電、過流保護的延時電路，防止瞬態幹擾造成誤動作；
　　6．在多個(ge) 串聯的電池組充電時，要保護各節電池電壓的匹配平衡，匹配精度要求±10％左右；
　　7．自身耗電省（無論在充、放電時保護器都是通電工作的）。單節電池保護器耗電一般小於(yu) 10μA，多節的一般在20μA左右；在到達終止放電時，它處於(yu) 關(guan) 閉狀態，一般耗電2μA以下；
　　8．保護器電路簡單，外圍元器件少，占空間小，可以做在電池或電池組中；
　　9．價(jia) 格低。

單節鋰離子電池保護器
　　這裏以AIC1811單節鋰離子電池保護器為(wei) 例來說明保護器的電路及工作原理。該器件主要特點：終止充電電壓有4.35V、4.30V及4.25V（分別由型號後綴A、B、C表示），充電電壓精度可達±30mV（±0.7％）；耗電省，在3.5V工作電壓時工作電流典型值7μA，到達終止放電後耗電僅(jin) 0.2μA；有過充、過放、過流保護，並有延時以免瞬態幹擾；過放電電壓2.4V，精度±3.5％；小尺寸5管腳SOT-25封裝；工作溫度範圍-20～ +80℃。
 

　　AIC1811組成的單節鋰離子電池保護電路如圖1所示，其內(nei) 部結構簡化圖及外部元器件圖如圖2所示。V1為(wei) 控製放電的 MOSFET，V2為(wei) 控製充電的MOSFET，R1、C1用來消除充電器輸入電壓的紋波及幹擾電壓，R2為(wei) 防止充電器電源接反時保護CS端的電阻，R3為(wei) V2的偏置電阻，FU為(wei) 保險絲(si) ，BATT+及BATT-為(wei) 電池組的正極和負極（此保護器電路置於(yu) 電池中）。

　　在正常充、放電時，V1、 V2都導通。充電電流從(cong) BATT+流入，經保險絲(si) 向電池充電，經V1、V2後由BATT-流出。正常放電時，電流由BATT+經負載RL（圖1中未畫出）後，經BATT-及V2、V1流向電池負極，其電流方向與(yu) 充電電流方向相反。由於(yu) V1、V2的導通電阻RDS（ON）極小，因此損耗較小。

　　幾種保護的工作狀態如下（參看圖2）：
 

　　1．過充電保護
　　P1為(wei) 控製過充電的帶滯後的比較器，R6、R7組成分壓器接在鋰離子電池兩(liang) 端，其中間頭檢測電池的電壓並接在R1的同相端，P1的反相端接1.2V基準電壓。充電時電池電壓低於(yu) 過充電閾值電壓時，P1的反相端電壓大於(yu) 同相端電壓，P1輸出低電平，使Q1導通，V2的偏置電阻R3有電流流過使V2也導通（V1在充電時是導通的），這樣形成充電回路。當充電到達並超過充電閾值電壓時，P1同相端電壓超過1.2V，P1輸出高電平，經100ms延時後使Q1 截止，R3無電壓使V2截止，充電電路斷開，防止過充電。

　　2．過放電保護
　　過放電保護電路是由R4、R5組成的分壓器、帶滯後的比較器P2、100ms延時電路、或門及由Q2、Q3組成的CMOS輸出電路組成。當電池放電達到2.4V時，P2輸出高電平，經延時後使OD輸出低電平，V1截止，放電回路斷開，禁止放電。

　　3．過流保護
　　以放電電流過流保護為(wei) 例，CS端為(wei) 放電電流檢測端，它連續地檢測放電電流。這是利用CS端的電壓VCS與(yu) 放電電流IL有一定關(guan) 係，如圖3所示。如果把導通的V1、V2看做一個(ge) 電阻，即RV1DS（ON）及RV2DS（ON），則放電回路如圖3的虛線所示。若忽略R2上極小的壓降，則VCS對地的電壓為(wei) ：
　　VCS=[RV1DS（ON）+RV2DS（ON）]×IL
　　即VCS與(yu) 放電電流IL成比例。
　　過流保護電路由比較器P3、延時電路或門等組成。若放電電流超過設定閾值而使VCS超過0.2V，則P3輸出高電平，其結果與(yu) 過放電情況相同使V2截止，禁止放電。該器件尚有其他功能，這裏不再介紹。
 

3～4節鋰離子電池保護器
　　這裏以MAX1894/MAX1924 為(wei) 例說明其功能及特點。MAX1894設計用於(yu) 4節鋰離子電池組，而MAX1924適用於(yu) 3節或4節的電池組。兩(liang) 個(ge) 保護器可監控串聯電池中每一個(ge) 電池的電壓，避免過充電及過放電，從(cong) 而有效地延長電池的壽命。另外，它也能防止充、放電時電流過大或短路。
 

　　兩(liang) 個(ge) 器件組成的保護器電路如圖4所示。它是一種用於(yu) 4節鋰離子電池組的保護器。它與(yu) 圖1不同之處是為(wei) 了使串聯的4個(ge) 電池在充電時每一個(ge) 電池的電壓基本相等（均壓），所以它增加了內(nei) 部電路及外部電阻、電容等元件；另外，它由微控製器（μC）來控製，它可以輸出電池的狀態信號，使功能更完善。

　　兩(liang) 個(ge) 器件的主要特點：每個(ge) 電池的過壓閾值由工廠設定，其電壓精度可達±0.5％；終止放電電壓閾值由工廠設定，精度可達±2％；有關(guan) 閉模式，關(guan) 閉狀態時耗電0.8μA，可防止電池深度放電；工作電流典型值30μA，小尺寸16管腳QSOP封裝；工作溫度範圍-40～+85℃。

鋰離子電池監控器
　　鋰離子電池監控器除了有保護電路外（可保護電池在充電、放電過程免於(yu) 過充電、過放電和過熱），並且能輸出電池剩餘(yu) 能量信號（用LCD顯示器可形象地顯示出電池剩餘(yu) 能量），使用者能隨時了解電池的剩餘(yu) 能量狀態，以便及時充電或更換電池。它主要用於(yu) 有μC或μP的便攜式電子產(chan) 品中，如手機、攝像機、照相機、醫療儀(yi) 器或音、視頻裝置等。

　　這裏以DS2760為(wei) 例說明該器件的特點、內(nei) 部結構及應用電路。該器件有溫度傳(chuan) 感器，能檢測雙向電流的電流檢測器及電池電壓檢測器，並有12位ADC將模擬量轉模成數字量；有多種存儲(chu) 器，能實現電池剩餘(yu) 能量的計算。它是將數據采集、信息計算與(yu) 存儲(chu) 及安全保護於(yu) 一身。另外，它具有外圍元件少、電路簡單、器件封裝尺寸小（3.25mm×2.75mm管芯式BGA封裝）的特點。

　　DS2760的內(nei) 部有25mΩ檢測電阻，能檢測雙向（充電及放電）電流（但自身阻值極小，損耗極小）；電流分辨率為(wei) 0.625mA，動態範圍為(wei) 1.8A，並有電流累加計算；電壓測量分辨率為(wei) 48mV；溫度測量分辨率可達0.125℃；由ADC轉換的數字量存儲(chu) 在相應的存儲(chu) 器內(nei) ，通過單線接口與(yu) 主係統連接，可對鋰離子電池組成的電源進行管理及控製，即實現與(yu) 內(nei) 部存儲(chu) 器進行讀/寫(xie) 訪問及控製。該器件功耗低，工作狀態時最大電流80μA，節能狀態（睡眠模式）時小於(yu) 2μA。

　　DS2760的功能結構框圖如圖5所示。它由溫度傳(chuan) 感器、25mΩ檢測電阻、多路器、基準電壓、ADC、多種存儲(chu) 器、電流累加器及時基、狀態/控製電路、與(yu) 主係統單線接口及地址、鋰離子保護器等組成。

　　DS2760有EEPOM、可鎖EEPROM及SRAM三種形式的存儲(chu) 器，EEPROM保護電池的重要數據，可鎖EEPROM用作ROM，SRAM供暫豐(feng) 數據的存儲(chu) 。
 

　　應用電路並不複雜，電路如圖6所示。兩(liang) 個(ge) P溝道功率MOSFET分別控製充電及放電，BAT+、BAT-之間接入鋰離子電池，PACK+、PACK-為(wei) 電池組的正負端，DATA端與(yu) 係統接口。該電路適用於(yu) 單節鋰電池，若采用貼片式元器件占空間很小，可做在電池中。