摘要：锂离子电池的众多优点使其在手提式设备中获得了广泛的应用。但与镍铬、镍氢电池不同的是锂离子电池必须和保护芯片配合使用。本文提出了一种单节锂离子电池保护芯片的设计，此芯片能有效防止锂电池应用中发生过充电、过放电和过电流状态。
关键词：锂离子电池；过充电；过放电；过流；待机状态

　　前言

　　锂离子电池保护芯片的设计与其封装结构密切相关，如图1所示为封装在锂离子电池内部的保护电路的基本结构。在正常情况下，充电控制端co 和放电控制端do 为高电位，n型放电控制管fet1和充电控制管fet2处于导通状态，电路的工作方式可以是电池向负载放电，也可以是充电器对电池进行充电；当保护电路检测到异常现象（过充电、过放电和过电流）时，使co或do输出低电平，从而切断充电或放电回路，实现保护功能。

　　为了有效利用放电电流或充电电流，fet1和fet2采用导通电阻很小的功率管。它们的选择原则除了导通电阻要小，还要求体积小，并且关闭时源漏击穿电压要能经受不匹配充电器的影响。从理论上说，fet₁和fet₂可以用n 管也可以用p 管。但由于单节锂离子电池保护电路的电源电压较低，为了减小导通电阻，一般都采用n管。图1中二极管是fet₁和fet₂的寄生二极管，它们的存在使系统在过放电状态下能对电池充电，在过充电状态下能对负载放电。

图1 3.6v 锂离子电池保护电路封装结构

锂离子电池保护芯片的应用场合要求其具有低电流驱动、高精度检测的特点，另外由于保护电路的供电电源即为电池电压，因此在电池电压的变化范围内，保护电路必须正常工作，本文根据图1 所示的连接关系，设计一种低功耗单节锂离子电池保护芯片，其电池电压可以在1v—5.5v范围内变化。

系统结构设计

锂离子电池保护芯片的基本功能是进行过充电保护、过放电保护和过电流保护，其中过电流保护包括充电过流保护和放电过流保护。下面以保护电路的基本功能为出发点，分析其系统的组成。

检测异常现象
锂离子电池保护电路为了实现其基本功能，首先需要检测异常现象。过充电和过放电检测是将电池电压进行分压（采样）后与基准电压比较实现的；而对于过流检测，保护芯片首先将充放电过程中的电流转化为在功率管fet₁、fet₂上的电压，然后通过v_m与基准电压比较完成，放电过流检测的是正电压，充电过流检测的是负电压。

滤除干扰信号
通常在锂离子电池保护电路的工作过程中会有干扰信号存在，干扰信号的类型主要有两种：一种为瞬间干扰，它是指在正常的信号上，在极短的时间内叠加上一个较大的信号。另一种为波动干扰，它是指信号的起伏波动。如图2 以充电过程解释了这两类干扰，其中v_cu 为过充电检测电压。

为了防止干扰信号的引入使保护电路产生误动作，可以从系统角度考虑采用适当的措施减小它们的影响。

瞬间干扰可以在保护电路内部加上延时电路加以滤除，即当保护电路检测到异常信号后，延时一段时间再关闭fet₁或fet₂。根据过充电、过放电、过电流对锂电池的危害程度选取不同的延时时间。为了更加合理的保护锂电池，放电过流可分为三个级别，分别为过流1保护、过流2保护以及负载短路保护，过流1的延时稍长，过流2的延时比过流1的延时短一些，而负载短路不加延时立即保护。波动干扰可以在保护电路内部加上迟滞电路加以滤除。

控制充电控制管有效关闭
在充电过程中，与fet₂源极相连的v_m端电位为负值，当过充电保护起作用时，必须在过充电延时信号与co端之间加上电平转换电路，将控制逻辑电路产生的逻辑信号进行转换，使co端的电位小于或等于v_m端的电位，从而保证fet₂有效关断。

0v电池充电抑制功能
锂离子电池保护电路可实现对0v电池进行充电，也可实现对0v 电池禁止充电，本文的设计采用后者，这一功能使保护电路禁止对内部短路的电池进行充电。当电池电压为0v电池充电抑制电压v_oinh（典型值为1v左右）或更低时，fet₂的栅极电位被固定为v_m 的电位，从而禁止充电。当电池电压等于或高于v_oinh 时，可以进行充电。

其它功能
1）在过充电状态下，保护电路需禁止放电过流保护起作用。因为电池在过充电后接上负载的情况下，在放电初期，系统仍处于过充电状态，此时放电电流必然很大，引起过流的可能性很大；而过流保护如果起作用，就会关断放电回路。这样，一旦电池过充电，就可能永远