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前言 Li+電池具有容量大、使用壽命長、輕薄等特性，非常適合筆記本電腦等便攜式產品，然而Li+電池在安全性設計中需嚴格避免出現過充電、過放電、短路等異常現象，另外，系統設計還往往需要電量指示，故在Li+電池模塊內需要有電量計及保護IC。容量計量時如何得到最準確的容量預測，對于筆記本電腦的電池管理非常關鍵。在保護機制上，需要防止因第一級保護IC故障或MOSFET短路而造成的過壓故障，所以，第二級保護IC在新產品的設計中是不可或缺的最后防線。本文提供了一個由MAX1780和MAX1906構成的、完備的Li+電池組保護方案。 電池保護電路結構 電池保護電路包括電量計、第一級保護IC（防止電池過充、過放、短路）、第二級保護IC（防止第二次過壓）、保險絲、LED指示、溫度調節等部件（圖1），圖中，MAX1780實現電量計量和第一級保護，MAX1906為第二級電池保護IC。 MAX1780對電量計容量的補償 MAX1780采用各種查找表和緩存器為電池容量補償提供了非常完整的方案，其中包括： 1、放電效率補償 MAX1780會在電池放電時根據實際溫度、放電電流對放電效率進行容量補償。舉例來說，根據電池在不同放電電流、溫度下的放電曲線，以一個4000mAh的電池來說，在20℃、0.2C（放電電流800mAh）所能提供的容量最高，如果放電容量達到4000mAh，則此時放電效率為100﹪；若在0℃、0.2C下放電，可能提供的放電電量為3600mAh，則放電效率為3600/4000＝90﹪。所以，如果按照0.2C的速率放電一小時，溫度為20℃時剩余容量為4000－800＝3200mAh，溫度為0℃時，則正確容量為4000－（800 0.9）＝3112mAh。由此可見，電量計需要根據放電效率調整剩余容量，確保電量計量的準確性。 2、標定電壓單元 將某一固定的剩余容量值在不同放電電流、溫度下對應的電池電壓作為標定電壓。當電池電壓達到標定電壓時，則將電量計的剩余容量修正為標定電壓對應的容量，若剩余容量已達到標定電壓對應的容量、但電池電壓仍高于標定電壓，則保持剩余容量不變、直到電池電壓達到標定電壓后更新電壓。 3、自放電補償 電池的自放電會影響容量，且自放電率與溫度、使用時間、電池容量有關，MAX1780同樣利用查找表獲得精準的自放電補償。 電池匹配問題 隨著電池工作時間的延長，每節電池的內部阻抗會產生較大的偏差，電池容量也會發生一定的變化。這樣，充電時可能造成某節電池電壓過高而其余電池尚未充滿的現象。當然，也可能在放電時某節電池電壓偏低，導致低電壓保護提前動作，影響其他電池的使用壽命。所以，電池保護電路常常還考慮電池匹配性的檢測，MAX1780利用四個GPIO、配合適當的軟件控制，能夠判斷電池的匹配性。充電時，如果檢測到某節電池異常，相應的GPIO可控制外部P溝道MOSFET導通，對該節電池的充電電流做適當分流，如圖2所示，分流電流由限流電阻R決定，從而避免由于電池的不匹配而造成其它電池容量受損。 利用MAX1906提高系統的安全性 MAX1906通過控制一個三端保險絲為Li+電池組提供保護，該款IC通常配合其它保護電路為系統提供高級防護措施。MAX1906分別監視每節電池的電壓，當任何一節電池電壓超出門限值的時間大于2.1s時，保險絲驅動電路將吸收足夠的電流、熔斷外部保險絲，永久性地切斷電池組與系統的連接。另外，MAX1906還可檢測每節電池是否連接正常，內部測試電路用于檢測電路工作是否正常。 結論 隨著Li+應用范圍越來越廣，對Li+電池保護電路的要求也變得多樣化、復雜化。MAX1780具有完善的電池容量計量補償，靈活的軟件設計可構成各種應用電路，配合MAX1906可實現兩級防護，為筆記本電腦等要求高可靠性的設備提供良好的電池保護解決方案。AD574在工頻弱磁測量儀中的應用 |
