贴片保险丝在单节锂电池中的应用

2017-05-12 09:40:16 lipscall
       如今,手机、数码相机(摄像机)、PDA、MP3/4…越来越多的产品采用锂电池作为系统电路供电的电源。对电源的要求注重锂电池体积要小,能量密度要高,并且无记忆效应,还可循环多次使用等优点。然而锂电池爆炸事故近来也时有发生。
 
 
锂电池
 
       所以对于锂电池的安全性也越来越引起人们的重视。锂电池保护板选择合适的贴片保险丝也就显得非常重要了。
 
       一.单节锂电池的组成
 
       锂电池主要由电芯和电池保护板组成(如图2)    
 
       锂电池保护板主要功能:(1)过度充电保护,(2)过度放电保护,(3)过电流/短路保护
 
       锂电池保护板主要元器件:1,保护IC2,MOSFET3,SMDFUSE
 
       二.单节锂电池保护板上保险丝的选择
 
       1,封装:根据客户的线路板决定试用尺寸,一般用1206/0603尺寸。
 
       2,额定电压:24V以上
 
       3,额定电流:一般采用5A(要考虑到保险丝在锂电池保护板上是2次保护,所以
 
       要考虑到保护IC的保护延迟时间来确定保险丝的熔断时间)
 
       4,冷电阻:15mΩ以下
 
       5,安规要求:UL认证
 
       6,符合RoHS要求和Halogen-Free要求    
 
       下面举2个例子来说明保险丝的选择。    
 
       举例1:某单节锂电池保护板电路图如图3,保护IC采用SII(精工)S8261ACJ,基本参数如图4.采用的MOS管为BF9028DNJ/BF9028DNJ-A,部分参数如图5.  
保险丝
 
       贴片保险丝在单节锂电池上的应用
 
       A:保护电路工作正常。
 
       保护IC过电流保护原理:电流当放电电流过大或短路情况发生时,保护IC将激活过(短路)电流保护,此时过电流的检测是将PowerMOS的Rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形,若比所定的过电流检测电压还高则停止放电。
 
       根据公式‘V-(过电流检测电压)=I(放电电流)*Rds(on)*2’可以算出放电电流达到多少保护IC开始进行保护作用。(相关阅读:PPTC在电子鞋柜的保护应用
 
       1:短路保护情况:
 
       当过电流检测电压0.9V,MOS管内阻取最大值时候,可以检测过电流将为最小值。算出此时过电流值为15A,此时保护IC保护延迟时间320us;
 
       当过电流检测电压1.5V,MOS管内阻取最小值时候,可以检测过电流将为最大值。
 
       算出此时过电流值为46.875A,此时保护IC保护延迟时间380us。
 
       结论1:需求保险丝在46.875A时候熔断时间要大于380us,才能保证短路保护情况下保险丝不会先于保护IC熔断。
 
       B:保护电路工作异常。  
 
保险丝 
 
       此时保护IC对短路不能起到保护作用,当负载出现短路时候需要保险丝快速熔断。
   
       考虑因素如下:
 
       电芯电压:3.8~4.2V
 
       电芯内阻:<150mΩ
 
       保护板内阻:MOS管内阻+保险丝内阻(15mΩ)+PCB板内阻(10mΩ)
 
       短路负载内阻:0~100mΩ
 
       要考虑保险丝的快速熔断,所以就考虑短路电流的最小值,可以算出短路电流最小
 
    值11A。
 
       结论2:此要求保险丝在11A电流情况下快速熔断。
 
       综合A,B两种情况,此保护板上选用SMD0603-F-5.0A可以满足要求。
 
       举例2:某锂电池保护板上采用保护IC为MM3177,MOSFET为AO8810
 
       A:我们也可以用示波器测试其保护IC的短路保护延迟时间。(推荐阅读:自恢复保险丝保护电子镇流器的具体方案)
 
       短路情况:多次短路测试发现保护IC(MM3177)能很好的起到短路保护作用,短路延迟时间11.4ms。短路其短路电流情况如图7(多次测试发现每次短路延迟时间变化微小,取其中较大的一次),此时测试到短路电流为16.4A。
 
保险丝   
 
       贴片保险丝在单节锂电池上的应用
 
       根据测试情况,此款电池保护板采用的保护IC(MM3177)在做输出短路保护时候有一个保护延迟时间,从测试来看短路电流在15A~20A时候,MM3177的短路保护延迟时间为10ms~13ms。
 
       (1)测试SMD0603-B-5.0A保险丝在20A熔断时间如下表1
 
 
 
 
 
       规格型号 SMD0603-B-5.0A 检验日期 2007-08-16
       熔断时间测试(BXC-35A型保险丝测试仪,Tektronix DPO4032示波器)
       测试电流 时间/电流特性
       (20A) 55.2 ms 51.1 ms 57.1 ms 56.2 ms 61.4 ms
       56.4 ms 52.9 ms 60.8 ms 51.9 ms 56.7 ms
       表1
 
       (2)从测试数据来看SMD0603-B-5.0A在20A先熔断时间大于保护ICMM3177同电流情况下保护延迟时间(11ms~13ms)。
 
       (3)此电池保护板(采用MM3177)上采用SMD0603-B-5.0A保险丝,能更好的起到保护作用。
 
       从实例1,2可以看出,单节锂电池上选择保险丝需要考虑到保护IC的短路保护时间。
 
    
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