锂电池保护板基础知识Word格式文档下载.docx
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存储器常为单线接口存储器,ID是Identification
的缩写即身份识别的意思,存储电池种类、生产日期等信息。
可起到产品的可追溯和应用的限制。
二、保护板的主要作用
一般要求在-25℃~85℃时Control(IC)检测控制电芯电压与充放电回路的工作电流、电压,在一切正常情况下C-MOS开关管导通,使电芯与保护电路板处于正常工作状态,而当电芯电压或回路中的工作电流超过控制IC中比较电路预设值时,在15~30ms(不同控制IC与C-MOS有不同的响应时间),将CMOS关断,即关闭电芯放电或充电回路,以保证使用者与电芯的安全。
第二章
保护板的工作原理
保护板的工作原理图:
如图中,IC由电芯供电,电压在2v-5v均能保证可靠工作。
1、过充保护及过充保护恢复
当电池被充电使电压超过设定值VC(4.25-4.35V,具体过充保护电压取决于IC)后,VD1翻转使Cout变为低电平,T1截止,充电停止.当电池电压回落至VCR(3.8-4.1V,具体过充保护恢复电压取决于IC)时,Cout变为高电平,T1导通充电继续,
VCR必须小于VC一个定值,以防止频繁跳变。
2、过放保护及过放保护恢复
当电池电压因放电而降低至设定值VD(2.3-2.5V,具体过充保护电压取决于IC)时,
VD2翻转,以短时间延时后,使Dout变为低电平,T2截止,放电停止,当电池被置于充电时,部或门被翻转而使T2再次导通为下次放电作好准备。
3、过流、短路保护
当电路充放回路电流超过设定值或被短路时,短路检测电路动作,使MOS管关断,电流截止。
第三章
保护板主要零件的功能介绍
R1:
基准供电电阻;
与IC部电阻构成分压电路,控制部过充、过放电压比较器的电平翻转;
一般在阻值为330Ω、470Ω比较多;
当封装形式(即用标准元件的长和宽来表示元件大小,如0402封装标识此元件的长和宽分别为1.0mm和0.5mm)较大时,会用数字标识其阻值,如贴片电阻上数字标识473,即表示其阻值为47000Ω即47KΩ(第三位数表示在前两位后面加0的位数)。
R2:
过流、短路检测电阻;
通过检测VM端电压控制保护板的电流,焊接不良、损坏会造成电池过流、短路无保护,一般阻值为1KΩ、2KΩ较多。
R3:
ID识别电阻或NTC电阻(前面有介绍)或两者都有。
总结:
电阻在保护板中为黑色贴片,用万用表可测其阻值,当封装较大时其阻值会用数字表示,表示方法如上所述,当然电阻阻值一般都有偏差,每个电阻都有精度规格,如10KΩ电阻规格为+/-5%精度则其阻值为9.5KΩ-10.5KΩ围都为合格。
C1、C2:
由于电容两端电压不能突变,起瞬间稳压和滤波作用。
电容在保护板中为黄色贴片,封装形式0402较多,也有少数0603封装(1.6mm长,0.8mm宽);
用万用表检测其阻值一般为无穷大或MΩ级别;
电容漏电会产生自耗电大,短路无自恢复现象。
FUSE:
普通FUSE或PTC(Positive
Temperature
Coefficient的缩写,意思是正温度系数);
防止不安全大电流和高温放电的发生,其中PTC有自恢复功能。
FUSE在保护板中一般为白色贴片,LITTE公司提供FUSE会在FUSE上标识字符D-T,字符表示意思为FUSE能承受的额定电流,如表示D额定电流为0.25A,S为4A,T为5A等;
现我司所有较多为额定电流为5A的FUSE,即在本体上标识字符’T’。
U1:
控制IC;
保护板所有功能都是IC通过监视连接在VDD-VSS间的电压差及VM-VSS间的电压差而控制C-MOS执行开关动作来实现的。
Cout:
过充控制端;
通过MOS管T2栅极电压控制MOS管的开关。
Dout:
过放、过流、短路控制端;
通过MOS管T1栅极电压控制MOS管的开关。
VM:
过流、短路保护电压检测端;
通过检测VM端的电压实现电路的过流、短路保护(U(VM)=I*R(MOSFET))。
IC在保护板中一般为6个管脚的封装形式,其区别管脚的方法为:
在封装体上标识黑点的附近为第1管脚,然后逆时针旋转分别为第2、3、4、5、6管脚;
如封装体上无黑点标识,则正看封装体上字符左下为第1管脚,其余管脚逆时针类推)C-MOS:
场效应开关管;
保护功能的实现者;
连焊、虚焊、假焊、击穿时会造成电池无保护、无显示、输出电压低等不良现象。
CMOS在保护板中
一般为8个管脚的封装形式,它时由两个MOS管构成,相当于两个开关,分别控制过充保护和过放、过流、短路保护;
其管脚区分方法和IC一样。
在保护板正常情况下,Vdd为高电平,Vss、VM为低电平,Dout、Cout为高电平;
当Vdd、Vss、VM任何一项参数变换时,Dout或Cout的电平将发生变化,此时MOSFET执行相应的动作(开、关电路),从而实现电路的保护和恢复功能。
第四章
保护板主要性能测试方法
1.NTC电阻测试:
用万用表直接测量NTC电阻值,再与《温度变化与NTC阻值对照指导》对比。
2.识别电阻测试:
用万用表直接测量识别电阻值,再与《保护板重要项目管理表》对比。
3.自耗电测试:
调恒流源为3.7V/500mA;
万用表设置为uA档,表笔插入uA接孔,然后与恒流源串联起来接保护板B+、B-如下图所示:
此时万用表的读数即为保护板的自耗电,如无读数用镊子或锡线短接B-、P-,
激活电路。
4.短路保护测试:
电芯接到保护板B+、B-上,用镊子或锡线短接B-、P-,再短接P+、P-;
短路后用万用表测保护板开
路电压(如下图所示);
反复短接3-5次,此时万用表读数应与电芯一致,保护板应无冒烟、爆裂等现象。
如上图所示接好电路,按照重要项目管理表设置好锂易安数据,再按自动按钮,接好后按红表笔上的按钮进行测试。
此时锂易安测试仪的灯应逐次点亮,表示性能OK。
按显示键检查测试数据:
‘Chg’表示过充保护电压;
‘Dis’表过放保护电压;
‘Ocur’表示过流保护电流。
第五章
保护板常见不良分析
一、
无显示、输出电压低、带不起负载:
此类不良首先排除电芯不良(电芯本来无电压或电压低),如果电芯不良则应测试保护板的自耗电,看是否是保护板自耗电过大导致电芯电压低。
如果电芯电压正常,则是由于保护板整个回路不通(元器件虚焊、假焊、FUSE不良、PCB板部电路不通、过孔不通、MOS、IC损坏等)。
具体分析
步骤如下:
(一)、用万用表黑表笔接电芯负极,红表笔依次接FUSE、R1电阻两端,IC的Vdd、Dout、Cout端,P+端(假设电芯电压为3.8V),逐段进行分析,此几个测试点都应为3.8V。
若不是,则此段电路有问题。
1.
FUSE两端电压有变化:
测试FUSE是否导通,若导通则是PCB板部电路不通;
若不导通则FUSE
有问题(来料不良、过流损坏(MOS或IC控制失效)、材质有问题(在MOS或IC动作之前FUSE被烧坏),然后用导线短接FUSE,继续往后分析。
2.
R1电阻两端电压有变化:
测试R1电阻值,若电阻值异常,则可能是虚焊,电阻本身断裂。
若电阻值无异常,则可能是IC部电阻出现问题。
3.
IC测试端电压有变化:
Vdd端与R1电阻相连。
Dout、Cout端异常,则是由于IC虚焊或损坏。
4.
若前面电压都无变化,测试B-到P+间的电压异常,则是由于保护板正极过孔不通。
(二)、万用表红表笔接电芯正极,激活MOS管后,黑表笔依次接MOS管2、3脚,6、7脚,P-端。
1.MOS管2、3脚,6、7脚电压有变化,则表示MOS管异常。
2.若MOS管电压无变化,P-端电压异常,则是由于保护板负极过孔不通。
二、
短路无保护:
VM端电阻出现问题:
可用万用表一表笔接IC2脚,一表笔接与VM端电阻相连的MOS管管脚,确认
其电阻值大小。
看电阻与IC、MOS管脚有无虚焊。
IC、MOS异常:
由于过放保护与过流、短路保护共用一个MOS管,若短路异常是由于MOS出现问题,则此板应无过放保护功能。
以上为正常状况下的不良,也可能出现IC与MOS配置不良引起的短路异常。
如前期出现的BK-901,其型号为‘312D’的IC延迟时间过长,导致在IC作出相应动作控制之前MOS或其它元器件已被损坏。
注:
其中确定IC或MOS是否发生异常最简易、直接的方法就是对有怀疑的元器件进行更换。
三、
短路保护无自恢复:
设计时所用IC本来没有自恢复功能,如G2J,G2Z等。
仪器设置短路恢复时间过短,或短路测试时未将负载移开,如用万用表电压档进行短路表笔短接后未将表笔从测试端移开(万用表相当于一个几兆的负载)。
P+、P-间漏电,如焊盘之间存在带杂质的松香,带杂质的黄胶或P+、P-间电容被击穿,IC
Vdd到Vss间被击穿.(阻值只有几K到几百K).
如果以上都没问题,可能IC被击穿,可测试IC各管脚之间阻值。
四、
阻大:
由于MOS阻相对比较稳定,出现阻大情况,首先怀疑的应该是FUSE或PTC这些阻相对比较容易发生变化的元器件。
如果FUSE或PTC阻值正常,则视保护板结构检测P+、P-焊盘与元器件面之间的过孔阻值,可能过孔出现微断现象,阻值较大。
如果以上多没有问题,就要怀疑MOS是否出现异常:
首先确定焊接有没有问题;
其次看板的厚度(是否容易弯折),因为弯折时可能导致管脚焊接处异常;
再将MOS管放到显微镜下观测是否破裂;
最后用万用表测试MOS管脚阻值,看是否被击穿。
五、
ID异常:
ID电阻本身由于虚焊、断裂或因电阻材质不过关而出现异常:
可重新焊接电阻两端,若重焊后ID正常则是电阻虚焊,若断裂则电阻会在重焊后从中裂开。
ID过孔不导通:
可用万用表测试过孔两端。
部线路出现问题:
可刮开阻焊漆看部电路有无断开、短路现象。
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- 锂电池 保护 基础知识