7串锂电池保护板详细设计说明

1、7 串锂电池保护板详细设计说明一、技术指标最大工作电流：15A过充保护电压：4.25V过充恢复电压：4.15V过放保护电压：2.8V过放电恢复电压：3V睡眠电压： 2.5V均衡误差： 50mV均衡电流： 100mA放电保护电流：25A放电过流保护延时：10ms充电保护电流：5A充电过流保护延时：10ms短路保护电流：60A短路保护延时2ms充电 / 加负载唤醒充放电温度保护：留功能接口睡眠静态电流：10uA保护器内阻： 15 毫欧参考尺寸： L80*W58*H27mm二、方案选择根据以上的指标，选择 intersil 公司的电池管理芯片 ISL9208 作为模拟前端芯片，控制器芯片使用 PIC

2、 公司的 PIC16F688 单片机。框图如下图所示：B+ P+ C+UART串口I2C单片机ICSP下载均衡模拟前端温度唤醒采样放电充电充电器C-B-电阻MOSMOS短路保护采样放电P-电阻MOS图 1、结构框图功能模块主要包括：1模拟前端2充放电采样电阻及开关3单片机4唤醒电路5单片机外围接口三、模块说明1模拟前端模拟前端芯片使用intersil 公司的ISL9208 ，它是针对57 串的电池管理芯片。提供完善的过流保护电路、短路保护电路、3.3V 稳压器、电池均衡控制电路、电池电压转换和冲放电 FET 驱动功能；同时过流保护和短路保护的电流值及延时时间均可编程；控制器可以通过 I2C 接

3、口设置各寄存器的值。ISL9208 通过使用内部的模拟开关，为带有AD 转换的微控制器提供电池电压和内外温度管理。芯片特点有：软件可编程过流阈值和保护时间。快速短路保护三种场效应管控制方式背对背的充放电MOS 控制单一放电MOS 控制充放电 MOS 单独控制集成充放电MOS 驱动电路3.3V 稳压输出，精度是10%I2C 接口内部集成均衡MOS ，最大均衡电流200mA 。可编程上升沿或下降沿唤醒睡眠电流 10uA工作电压2.3V4.3V （不适合磷酸铁锂）2充放电采样电阻及开关充放电的采样电阻使用康铜丝制作。放电端采样电阻为4 毫欧，使用2 根 1.2mm 的康铜丝并联而成。充电端采样电阻为

4、20 毫欧，使用1 根 0.8mm 的康铜丝。放电端使用1 个 NMOS 芯片，由 ISL9208 放电 MOS 控制脚控制。芯片使用IR 公司的IRF1404 ，特性有：D、 S 击穿电压40V导通电阻4 毫欧最大连续工作电流162A最大脉冲电流650A充电 MOS 使用 2 个 NMOS 芯片，分别由ISL9208 的充放电MOS 控制脚控制。芯片使用 IR 公司的 IRF7469 ，特性有：D、 S 击穿电压40V导通电阻17 毫欧最大连续工作电流9A最大脉冲电流73A驱动电路如图2 所示：图 2R27 和 R28 的作用消除电路中可能产生的过冲振荡；D1 是为了防止电流灌入ISL920

5、8的 CFET 管脚； D3 的作用是保护Q23 的 G 和 S 不超过 20V 。充电器短路保护使用自恢复保险丝完成。3单片机单片机使用PIC 公司的 PIC16F688 ，这是一颗8 位的高性能RISC 单片机。特点有：4K 字 flash， 265 字节 SRAM ， 256 字节 EEPROM 。运行速度从020M 。8 级的硬件堆栈。2V5.5V 工作电压8通道 10位 AD 转换。一路 UART 。在线串行编程，接口使用ICSP 协议内部 8M 时钟发生。带看门狗低功耗设计，旁路电流小于1uA ，正常工作电流小于2mA 。在保护板中单片机完成的任务主要有：定时采集电池电压，并对欠压

6、及过压做出相应反应充电状态判断均衡控制读取过流标志，并相应动作单片机的供电使用ISL9208 提供的 3.3V 电压，出于功耗上面的考虑，在几个方面对单片机的外围电路进行了优化：单片机工作在工作和睡眠交替的方式。0.2S 工作，睡眠2.4S。所有单片机的输入IO 口都外接上拉或下拉电阻以降低睡眠电流。对 AD 的 2.5V 参考电压使用PMOS 进行开关控制， 电路如图 3 所示。基准源由 TL431产生， VREF_CTRL是开关信号，低电平有效，VREF是TL431的电压输出。由于PIC16F688 的参考电压输入脚和 ICSP 编程的 CLK 脚是共用的， 为了使编程能够顺利完成，电路中

7、串联了 R58， C15 是消除参考电压通道上的噪声。图 34唤醒电路唤醒电路包括2 个，分别是负载唤醒和充电唤醒电路。电路如图4 所示：图中P-连接的是负载的负极，C-连接的是充电器的负极，B+连接的是电池的正极，WKUP 是唤醒信号，下降沿有效，且低电平的时间要求大于20ms（消除工频干扰） 。工作原理：在睡眠的时候充放电MOS 管均衡处于关闭状态，因此P-和 C-管脚均没有被电压驱动。当有电阻连到P+和 P-之间的时候， Q25 的 B 极就会产生一个上升沿脉冲，从而是 WKUP 出低脉冲。 当有电阻连到C+和 C-之间的时候， Q25 的 B 极会产生一个高电平，从而使 WKUP 出低

8、。当有电压连到C+和 C-之间的时候，Q26 的 E 极会出负的电压，从而使 WKUP 出低。图 4、唤醒电路5单片机外围接口单片机的外围接口有4 芯的串口和6 芯的烧写口。串口主要用来与上位机的通信， 通信内容有各节电池电压及各项技术指标。 串口设置：波特率 9600，一个停止位，无奇偶校验。四、总结1.散热由于保护板处在一个空气相对静止的环境下， 因此散热是较难做好的指标。 电路中有几个发热元件，主要有放电支路 MOS 管，放电支路康铜丝，均衡电阻和 PCB 线路上的温升。其中康铜丝的温度最为严重。以下是总结的经验：在用 PCB 铜箔作为散热的条件下，放电支路的般可以做到2030/W 之间，因此设计时尽量不要让MOS 管的热阻（结点到环境）一MOS 的功率超过2W。PCB 的铜箔厚度使用2OZ，不但有利于降低线路阻抗，同时有利于散热。升达到均衡电流不宜超过20。100mA 。实测2512 封装的电阻在100mA均衡电流的情况下温康铜丝的本身的热阻较大，他最好是通过铜箔为他散热。实测康铜丝正极焊盘的温度会比负极焊盘的温度高， 因此加大正极焊盘面积比加大负极焊盘面积更有意义。在有过大电流的线