保护电路介绍(基础)

概要保护电路基本构成各元器件简要介绍保护电路工作原理保护电路的附加功能保护电路的最新发展保护电路基本构成一、控制电路二、控制开关三、保护器保护电路使用的元件有：保护IC、场效应管（MOSFET）、贴片电阻、贴片电容、热敏电阻、识别电阻（或识别IC)、保险丝、PTC等。

另外：部分保护电路还有温度保护、识别功能。元器件简要介绍元器件功能保护IC检测保护电路当前电池的电压、电流、时间等参数以此来控制场效应管的开关状态场效应管起开关作用贴片电阻限流贴片电容滤波、调节延迟时间热敏电阻检测电池块内的环境温度保险丝防止流过电池的电流过大，切断电流回路PTC流过电流过大时自身阻抗增加，控制回路电流元器件简要介绍---贴片电阻基本参数有：封装尺寸、额定功率、阻值、允许偏差等。1、封装：表示电阻的尺寸大小，有两种表示方法

（1）EIA（美国电子工业协会）代码：以英寸为单位，用4位数字表示长和宽，前2位表示长、后2位表示宽；（2）米制代码：以毫米为单位，也是用4位数字表示长和宽；

2、功率：表示通过电流的能力，P=I2*R。下表为7种电阻尺寸代码及功率EIA代码0402060308051206121020102512米制代码1005160820123216322550256432长、宽1.0X0.51.6X0.82.0X1.253.2X1.63.2X2.55.0X2.56.3X3.15高0.30.450.50.550.550.550.55额定功率1/161/161/101/81/41/21元器件简要介绍---贴片电阻

3、阻值：贴片电阻表面上用三位数字表示阻值其中第一、二位为有效数字，第三位数字表示倍率—即有效数字*10n，有小数点时用“R”来表示，并占一位有效位数字如：102表示10×102=1KΩ；

511表示51×101=510Ω；2R2表示2.2Ω；

4、允许偏差：B档表示±0.1﹪；D档表示±0.5﹪；F档表示±1﹪；J档表示±5﹪；K档表示±10﹪；M档表示±20﹪。元器件简要介绍---贴片电容基本参数：封装尺寸、耐压、容值、允许偏差、材质、阻抗等1、封装尺寸：其尺寸代码与贴片电阻相同。2、耐压：不同容值、不同封装、不同偏差的电容厂家能做到的耐压值也不相同。一般容值越低，耐压值越高；封装尺寸越大耐压值也越高；偏差越大耐压值越高。3、容值：容值表示方法与电阻类似如：104表示10×104pF=100000pF=0.1uF，2R2表示2.2pF；

注：容值单位是pF，其中1pF=10-3nF

=10-6uF=10-12F

4、允许偏差：允许偏差表示方法也与电阻类似F档表示±1﹪；J档表示±5﹪；K档表示±10﹪；M档表示±20﹪；N档表示±30﹪；Z档表示+80,-20﹪。

5、材质：COG(NPO)容值精度为5﹪；X5R(X7R)容值精度为10﹪；Y5V容值精度为20﹪；Z5U容值精度为+80,-20﹪；元器件简要介绍---热敏电阻有PTC(POSITIVETEMPERATURECOEFFICENT)正温度系数，如过流保护器；NTC(NEGATIVETEMPERATURECOEFFICENT)负温度系数两种。★NTC基本参数有封装尺寸、阻值、允许偏差，B常数、B值偏差等。

NTC阻值随温度呈非线性变化，NTC热敏电阻的阻值随温度的变化函数如下式：R25C是热敏电阻在室温下的阻值，β是热敏电阻材料的开尔文(Kelvins)常数，T是热敏电阻的实际摄氏温度。

元器件简要介绍---保险丝

基本参数有封装尺寸、电流与熔断时间、内阻等。1、封装尺寸：与贴片电阻表示方法相同。2、电流与熔断时间：电流越大，熔断时间越短，以力特434系列为例，厂家建议设计为正常工作电流=3/4额定电流：

3、内阻：远低于过流保护器，一般为10mΩ左右。

元器件简要介绍---场效应管一、概述：场效应管是电压控制器件，缩写为FET，可通过改变输入电压来改变输入电流。二、类型：有N沟道与P沟道两种N沟道：高电平控制

P沟道：低电平控制三、基本参数：耐压：VDSS

、VGSS耐流：ID(DC)、ID(pulse)内阻：RDS(on）封装：SO-8、TSSOP-8

6IPHWSON、ECH8元器件简要介绍---场效应管说明：1、场效应管与三极管的区别：场效应管：电压控制器件，内阻小，耗电小，电流可双向流动三极管：电流控制器件，内阻较大，耗电很大，电流不可双向流动。2、N沟道场效应管与P沟道场效应管相比：N沟道高电平导通，内阻较小，价格较低；P沟道低电平导通，内阻较大，价格较高。3、内阻：指场效应管导通时不同电压、电流下D、S间的内阻，电压越高时，内阻越低；电流越大，内阻越高。4、保护电路中，单双节保护电路用N沟道场效应管，多节用P沟道。5、目前常用N沟道场效应管：

FW232、uPA1870、FDW2509NZuPA2450、uPA2452、ECH8601

例如：uPA1870基本参数为内部

VDSS=20V,VGSS=±12V,结构图

ID(DC)=±6A、

ID(pulse)=±80A

RDS(on）=13-21mΩ

(VGSS=4V,ID=3A)元器件简要介绍---保护IC

一、概述:保护IC分单节保护IC与多节（串联）用保护IC，基本功能：过充保护、过放保护、过流保护、短路保护等；基本参数：过充电保护（释放）电压、过放电保护（释放）电压、过充（放、流）保护延时等。二、单节保护IC

1、内部结构(理光R5421N系列)：管脚说明：序号类型功能1DOUT过放电控制输出端2V-过电流控制输入端3COUT过充电控制输出端4Ct延时控制输入端5VDD电源正极6VSS地元器件简要介绍---保护IC2、基本参数：略3、封装（尺寸）：

SOT-23-6SON6SOT-23-5SON5注：有些保护IC延迟电容是内置的，如精工(Seiko)S-8241、S-8261系列，

理光(RICOH)R5426N系列。元器件简要介绍---保护IC三、多节保护IC1、2节保护IC：S-8232、MM1292等；2、3节保护IC：S-8233、MM1414等；

3、4节保护IC：MM1294、MM1414等；

封装：TSSOP-8、SOP-8、SOP-14、

TSSOP-16、TSSOP-20单节保护电路工作原理一、应用电路单节保护电路工作原理二、工作状态说明

1、正常状态：IC的电源电压介于过放电保护电压VDET2和过充电保护电压VDET1之间，DOUT端和COUT端的输出皆为高电平，充、放电MOSFET处于导通状态，电池充放电都可进行；

2、过充电状态：充电时，若电池电压升高使VDD≥VDET1，则经过tVDET1的延迟后，COUT端变成低电平，将充电控制MOSFET关断，停止充电；

3、过充电保护解除条件：当VDD降低至过充解除电压VREL1以下（不接负载）或VDD降低至过充电关断电压VCO以下（加上负载），即可恢复到可充电状态；

4、过放电状态：当电池放电至电压等于或低于VDET2，并经过tVDET2的延迟后，DOUT端变成低电平，控制放电控制MOSFET关断，停止电池向负载放电。充电电流仍可通过二极管流通。此后，如果电池电压升高至过放电保护解除电压VREL2，则DOUT端又变成高电平，使电池可放电状态得以恢复。

单节保护电路工作原理5、过流保护：在放电时，因负载变化会导致放电电流变化，放电电流增大时

V-的电压会升高，当V-≥VDET3，并且经过tVDET3的延迟后，DOUT端的输出变为低电平，关断放电回路。解除过流状态后，使V-<VDET3电路恢复正常。6、短路保护：短路保护与过流保护相似，不同的是tSHORT远小于tVDET3，VSHORT

远大于VDET3。当发生短路时V-迅速增大，当V->VSHORT且经过tSHORT后，DOUT端输出变为低电平，关断放电回路。排除过流状态后，使V-<VDET3电路恢复正常。短路峰值电流取决于充放电MOSFET导通电阻和PCB布线电阻及VSHORT。注：VDET1—过充电检测电压，VDET2—过放电检测电压，VDET3—过电流检测电压，

tVDET1--过充电检测延迟，tVDET2--过放电检测延迟，tVDET2--过电流检测延迟，

V--保护IC的V-脚对VSS脚的压降，VSHORT-短路保护检测电压，tSHORT-短路保护检测延迟；

单节保护电路工作原理三、两参数确定

1、过充电保护延时(外置电容)：计算公式为：tVdet1[sec]=(C3[F]*(VDD[V]-0.7))/(0.48X10-6)

VDD--保护IC的过充电检测电压值。简便计算：延时时间=C3(UF)/0.01UF*77ms

如：C3容值为0.22UF,则延时值为0.22/0.01X77=1694ms。注：严格计算还要考虑电容容值的偏差。★外置电容延时的优缺点：优点：过充电检测延时时间可以调整，适用于对延时有特殊要求且一般内置延时的IC又不能达到要求的电路；缺点：元件数量多，成本增加，故障率提高。单节保护电路工作原理2、过电流值的计算：

依据公式I=U/RU--保护IC的过电流检测电压值(定值)；R--保护电路中从B-~P-间的内阻值，具体来间说指的是保护IC的第6脚与R2外接P-处的内阻（大电流回路中MOSFET与PCB布线内阻之和）。例如：一个保护电路中保护IC检验电压为0.20V,R为40mΩ（MOS管内阻以3.8V左右计），则过电流检测电压值0.20V/40mΩ=5A注:实际应用中需考虑MOS管的内阻会随ID变化而变化.单节保护电路工作原理四、失效模式分析

1、R1短路：(1)IC还能正常工作；

(2)当MOS管漏流较大时，流过IC电流增大而损坏IC。

R1开路：IC不工作，保护电路失效。

2、C1短路：(1)VDD=VSS，IC不工作，保护电路失效；