拆過手機或者平板的用戶，應(yīng)該都注意過，在手機或者平板的鋰電池部分，其上端有一塊質(zhì)地較軟且被塑料膜包裹起來的電路板(電池大小不同，電路板尺寸也不一樣)。揭開塑料膜，你會發(fā)現(xiàn)，其上布置了很多的元器件。

或許會有人問，這塊板子究竟有何作用?其實呢，電池模組方面，沒了這塊電路板，還真沒人敢用了!

關(guān)于鋰電池的充放電，高中化學(xué)我們就學(xué)過，其主要依靠離子在正負極的移動來完成的。充放電過程中，離子在兩極之間往返嵌入和脫嵌。充電時，正極會生成鋰離子,離子從正極嵌脫通過電解液進入負極，負極處于富鋰狀態(tài)。放電則反之。然而在不加上述圖中的保護板的話，即很有可能會出現(xiàn)過充與過放。過充即正極離子轉(zhuǎn)移太多，過放即負極離子轉(zhuǎn)移過多。

無論是電池的過充還是過放，對電池的傷害都很大，同時也給用戶帶來了潛在的危害性。所以，為了避免電池的過充與過放，電池廠家往往會在電池上方加上這么一塊保護板，以避免過充，過放等對電池產(chǎn)生損壞的影響的發(fā)生。

也正是由于電路保護板的存在，使得鋰電池在正常使用時，很難出現(xiàn)過充與過放的現(xiàn)象。通常情況下，鋰電池的充電的終止電壓為4.2V，即電池充滿時的電池電壓為4.2V。而電路板設(shè)置的保護電壓往往會比這個高，有的為4.5V，當(dāng)因意外造成使得充電電池電壓超過4.5V即為過充。放電的截止電壓為3.0V，而電路板設(shè)置的保護的電壓比這個低，有的為2.8V，當(dāng)因意外放電放到2.8V以下，此時為過放。

圖示為我畫的簡單的電路板原理圖的設(shè)計，簡單到不能再簡單了。P+,P-為電池連接器上的VBAT+與VBAT-即主要與外界直接聯(lián)系的供電(圖一的紅黑兩條線)。U1為控制IC芯片。根據(jù)外部電壓的變化，作出判斷，進而打開或者關(guān)閉Q1,Q2 MOS管，以保證電路的正常工作與斷開。B+，B-為電池電芯的正負極。ID與TH均為選配，并不是每個電池保護板都有。ID方面，MCU通過讀取ID管腳電阻的阻值來獲悉電池的類型信息。TH端接的是一個NTC電阻，根據(jù)NTC電壓，利用ADC轉(zhuǎn)換，可獲取其最終對應(yīng)的溫度值，以保證在電池高溫時可以停止充電并關(guān)機。

下面講一下，電池在不同的狀態(tài)下，電路板的工作情況：

1. 正常工作狀態(tài)

在正常工作狀態(tài)下，電路中U1的”CO”與“DO”都是高電平輸出，兩個MOS管都正常導(dǎo)通。構(gòu)成了完整的回路，電池可以正常的進行充電與放電。且MOS管的導(dǎo)通電阻很小，在10毫歐左右。其導(dǎo)通電阻對電路的性能影響很小。

2. 過充保護

電池在充電過程中分為三個階段，分別為涓流充電，恒流充電以及恒壓充電。涓流充電即充電使得電芯電壓達到規(guī)格書中的要求電壓，一般為3V，這個過程的電流非常的小。待電池電壓充電達到3.0V以后，便進入恒流充電，此時電流恒定，電壓不斷增大。當(dāng)電壓值增大到4.2V時，轉(zhuǎn)換為恒壓充電，此時電流會越來越小直至充滿。(里面的電壓值根據(jù)要求的不同，電壓值也略有差異)。

電池在充電的過程中，如果充電電路因意外失去控制，使得電芯電壓超過4.2V且滿足過充電壓的延時時間時，即進入過充狀態(tài)，這個時候是比較危險的。

但是如果有了保護板，就不用擔(dān)心了。其上的控制IC會檢測VDD-VSS壓差，當(dāng)壓差超過保護值時，IC控制“CO”腳將由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，此時MOS管關(guān)斷，形成斷路，從而起到了充電保護的作用。

控制IC在檢測到電池電壓超過規(guī)定值關(guān)斷MOS管這一過程，存在一定的延時，目的是為了避免因干擾而造成誤判，同時在平板電池方面，延遲一般為1s。

遇到過充恢復(fù)的措施

a. P+與P-接上負載，因為MOS管自帶體二極管，電池會通過二極管構(gòu)成回路對外放電，直至放電到正常電壓，MOS管導(dǎo)通即可繼續(xù)使用。

b. B+與B-接上負載，使得電芯兩端電壓下降到保護IC的過充恢復(fù)電壓。

3. 過放保護

電池在對外部負載放電時，電壓會不停的降低。當(dāng)電池將至設(shè)定值時(一般為3.0V)，其電池容量會放光。

放電過程中，當(dāng)出現(xiàn)過放，即放電至3.0V后，電池還在放電，且達到保護板設(shè)定的電壓值時(一般為2.8V)，控制IC檢測電芯電壓后，將“DO”腳將有高電平轉(zhuǎn)換為零電平，使得Q2mos管關(guān)斷，從而切斷放電回路，此時電池?zé)o法對負載進行放電，起到了保護的作用。

遇到過放恢復(fù)的辦法

由于Q2體二極管的存在，可通過插入充電器，通過體二極管對電池進行充電，恢復(fù)至電芯2.8V后解除保護板的保護，MOS管導(dǎo)通，形成完整回路，電池達到3.0V后開機。

4. 過流保護

由于鋰電子電池的化學(xué)特性，電池廠家對充電與放電電流均設(shè)置了上限，當(dāng)超過這個上限時，將會導(dǎo)致電池的永久性損壞。

拿放電舉例子，電池在正常放電時，放電電流會經(jīng)過串聯(lián)在一起的MOS管，由于MOS管自身存在導(dǎo)通阻抗，其兩端產(chǎn)生一個電壓，電壓值為U=2 I Rds，Rds為單個MOS管的導(dǎo)通阻抗?？刂艻C上的腳會對VM腳的電壓值不斷的檢測。若負載因為某種原因?qū)е禄芈冯娏鬟^大，使得MOS管的導(dǎo)通壓降大于規(guī)定值時，其“DO”腳將會由高電平轉(zhuǎn)換為零電平，使得Q2 MOS管關(guān)斷，從而切斷回路，使得回路電流為0，起到過電流保護作用。

5. 短路保護

電池在對負載放電時，若回路電流大到使得VM腳檢測到的電壓值大于規(guī)定值時，控制IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電平轉(zhuǎn)換為零電平，使得Q2 MOS管由導(dǎo)通變?yōu)殛P(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護的作用。短路保護的延時時間較短，通常是微秒級別。且短路保護的電流值遠大于過流保護的電流值。