贴片保险丝在单节锂电池上的应用技术

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贴片保险丝在单节锂电池上的应用技术
       
       
       
       
        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。
       
        2009.1.30广州越秀区东华南路联想电脑专卖店内发生一起手机锂电池爆炸事件，店内一名年轻男子颈部大动脉破裂，当场死亡。
       
        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.
       
       
       
        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。
       
        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。
       
       
       
        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：<150m&Omega;
         
              保护板内阻：MOS管内阻＋保险丝内阻（15m&Omega;）＋PCB板内阻（10m&Omega;）
              短路负载内阻：0～100m&Omega;
              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SARTS0603-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。
              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。   
         
         
          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S0603-B-5.0A保险丝在20A熔断时间如下表1
         
       
        （2）从测试数据来看S0603-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S0603-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。