Zasada działania obwodu balansu komórki

Płyta zabezpieczająca akumulator litowy różni się w zależności od ic ochrony baterii, napięcia i innych różnych parametrów. Płyta zabezpieczająca ma dwa podstawowe elementy: szepki ochronne, które są dokładniejsze w celu uzyskania wiarygodnych parametrów ochrony; drugi to ciąg MOSFET w głównym Działa jako szybki przełącznik w obwodzie ładowania i rozładowania do wykonywania działań ochronnych. Wyjaśnijmy z DW01 z podwójną rurką NMOS 8205A.

Zasada obwodu urządzenia zabezpieczającego układ równowagi baterii litowej przedstawiona jest na powyższym rysunku. Ogólnie rzecz biorąc, jest to realizowane głównie przez kontrolę baterii ICDW01 i zewnętrzny przełącznik rozładowania M1 i przełącznik ładowania M2. Sterownik IC jest odpowiedzialny za monitorowanie napięcia akumulatora i prądu pętli oraz sterowanie bramami dwóch tranzystorów MOSFET. Tranzystory MOSFET działają jako przełączniki w obwodzie. Gdy zaciski P+/P- są podłączone do ładowarki, a bateria jest ładowana normalnie, M1 i M2 są w przewodzeniu. Stan: Gdy siodła sterowania wykryje nieprawidłowe ładowanie, wyłącza M2, aby zakończyć ładowanie. Gdy zacisk P+/P- jest podłączony do obciążenia, a akumulator jest rozładowywany normalnie, włącza się zarówno M1, jak i M2; gdy sterownik sterujący wykryje nieprawidłowe rozładowanie, M1 jest wyłączony, aby zakończyć rozładowanie.

Obwód posiada funkcje ochrony przed przeładowaniem, zabezpieczenie przed przeładowaniem, zabezpieczenie przed przetężeniem i zabezpieczenie przed zwarciem.

Zasada działania obwodu balansu akumulatora jest analizowana w następujący sposób:

1) Stan normalny

W normalnym stanie, "CO" i "DO" piny wyjścia DW01 wysokiego napięcia w obwodzie. Oba tranzystory MOSFET są w stanie, a bateria może być ładowana i rozładowywana swobodnie. Ponieważ rezystancja MOSFET jest mała, zwykle mniejsza niż 30 miliohmów, więc jego rezystancja ma niewielki wpływ na wydajność obwodu.

W tym stanie zużycie prądu obwodu zabezpieczającego jest uA.

2) Ochrona przed przeładowaniem

Metoda ładowania wymagana dla akumulatorów litowo-jonowych jest stałym prądem/stałym napięciem. W początkowej fazie ładowania jest to stałe ładowanie prądowe. W procesie ładowania napięcie wzrośnie do 4,2 V (w zależności od pozytywnego materiału elektrody, niektóre baterie wymagają stałej wartości napięcia 4.1V ), przełączyć się na stałe ładowanie napięcia, aż prąd stanie się mniejszy i mniejszy. Gdy akumulator jest ładowany, jeśli obwód ładowarki traci kontrolę, napięcie akumulatora będzie nadal ładowane prądem stałym po przekroczeniu napięcia akumulatora 4,2 V. W tym czasie napięcie akumulatora będzie nadal wzrastać. Gdy napięcie akumulatora jest naładowane do więcej niż 4.3V, chemia baterii Reakcje uboczne będą nasilać się, powodując uszkodzenie baterii lub problemy z bezpieczeństwem.

W akumulatorze z obwodem zabezpieczającym, gdy układ scalony sterujący (DWO1) wykryje, że napięcie akumulatora osiąga 4,3 V (wartość ta jest określana przez układ scalony sterujący, różne układy scalone mają różne wartości), jego pin "CO" zmieni się z wysokiego napięcia na zero napięcia włącza M2 od wł. do wyłączenia, tym samym odcinając obwód ładowania, dzięki czemu ładowarka nie jest już w stanie naładować akumulatora i odgrywać rolę ochrony przed nadmiernym obciążeniem. W tym czasie, ze względu na istnienie diody ciała VD2 M2, akumulator może rozładować obciążenie zewnętrzne przez diodę. Gdy sterownik sterujący wykryje, że napięcie akumulatora przekracza 4,05 V i wysyła sygnał do wyłączenia M2, przeładowanie jest zwalniane, a M2 jest włączony, aby rozpocząć ładowanie.

3. Zabezpieczenie przed przedładunkiem

Gdy akumulator rozładowuje obciążenie zewnętrzne, jego napięcie będzie stopniowo zmniejszać się wraz z procesem rozładowania. Gdy napięcie akumulatora spadnie do 2,5 V, jego pojemność została całkowicie rozładowana. W tej chwili, jeśli bateria nadal rozładowuje obciążenie, spowoduje to uszkodzenie baterii. Trwałe uszkodzenie

W procesie rozładowania akumulatora, gdy układ scalony sterowania wykryje, że napięcie akumulatora jest niższe niż 2,5 V (wartość ta jest określana przez układ scalony sterujący, różne układy scalone mają różne wartości), jego pin "DO" zmieni się z wysokiego napięcia na zero napięcia, dzięki czemu M1 Włącza się do wyłączania, co odcina obwód rozładowania, dzięki czemu bateria nie może już rozładować obciążenia , która odgrywa rolę ochrony przed nadmiernym rozładowaniem. W tej chwili, ze względu na istnienie diody ciała VD1 M1, ładowarka może ładować baterię przez tę diodę.

Ponieważ napięcie akumulatora nie może być obniżone w stanie ochrony przed nadmiernym rozładowaniem, zużycie prądu obwodu zabezpieczającego musi być bardzo małe. W tej chwili układ scalony sterowania wejdzie w stan niskiego zużycia energii, a zużycie energii przez cały obwód zabezpieczający będzie mniejsze niż 0,1uA.

4. Ochrona przed przetężeniem

Gdy akumulator rozładowuje obciążenie normalnie, gdy prąd rozładowania przechodzi przez dwa tranzystory MOSFET połączone szeregowo, ze względu na rezystancję tranzystora MOSFET, napięcie zostanie wygenerowane na obu końcach tranzystora MOSFET. Wartość napięcia U=I*RDS*2, RDS jest pojedynczą rezystancją przewodzenia MOSFET, pin "CS" na styku sterującym wykrywa wartość napięcia. Jeśli obciążenie jest nieprawidłowe z jakiegoś powodu, prąd pętli wzrośnie. Gdy prąd pętli jest wystarczająco duży, aby U>0.15V (wartość ta jest kontrolowana przez układ scalony decyduje, że różne układy scalone mają różne wartości), jego pin "DO" zmieni się z wysokiego napięcia na zero, obracając M1 od włączania do wyłączenia, co odcina obwód wylotowy i sprawia, że prąd w obwodzie jest zerowy. Do ochrony przed przeprysłem.

W powyższym procesie sterowania widać, że wartość wykrywania nadprądowego zależy nie tylko od wartości kontrolnej suwku sterującego, ale także od rezystancji MOSFET. Gdy rezystancja MOSFET jest większa, zabezpieczenie nadprądowe tego samego siodła sterującego Im mniejsza wartość.

5. Ochrona przed zwarciem

Gdy akumulator rozładowuje obciążenie, jeśli prąd pętli jest tak duży, że U>1V (wartość ta jest określana przez układ scalony sterujący, różne układy scalone mają różne wartości), układ scalony sterowania oceni, że obciążenie jest zwarte, a jego pin "DO" szybko włącza się od wysokiego napięcia do napięcia zerowego, M1 jest włączany od włączania do wyłączania, tym samym odcinając obwód rozładowania i odgrywając rolę ochrony przed zwarciem. Czas opóźnienia ochrony przed zwarciem jest bardzo krótki, zwykle mniej niż 7 mikrosekund. Jego zasada działania jest podobna do ochrony

Pin CS DW01 jest bieżącym pinem detekcji. Gdy wyjście jest zwarte, spadek napięcia ładunku i sterowania rozładowaniem MOSFET gwałtownie wzrasta, a napięcie pinu CS szybko wzrasta. Sygnał wyjściowy DW01 sprawia, że tranzystory mosfet sterowania ładowaniem i rozładowaniem wyłączają się szybko, osiągając w ten sposób ochronę przed przetężeniem lub zwarciem.