貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池中的應(yīng)用
2021-08-18 15:58:48
lipscall
如今，手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)（攝像機(jī)）、PDA、MP3/4…越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為系統(tǒng)電路供電的電源。對(duì)電源的要求注重鋰電池體積要小，能量密度要高，并且無記憶效應(yīng)，還可循環(huán)多次使用等優(yōu)點(diǎn)。然而鋰電池爆炸事故近來也時(shí)有發(fā)生。
所以對(duì)于鋰電池的安全性也越來越引起人們的重視。鋰電池保護(hù)板選擇合適的貼片保險(xiǎn)絲也就顯得非常重要了。
一.單節(jié)鋰電池的組成
鋰電池主要由電芯和電池保護(hù)板組成（如圖2）
鋰電池保護(hù)板主要功能：（1）過度充電保護(hù)，（2）過度放電保護(hù)，（3）過電流/短路保護(hù)
鋰電池保護(hù)板主要元器件：1，保護(hù)IC2，MOSFET3，SMDFUSE
二.單節(jié)鋰電池保護(hù)板上保險(xiǎn)絲的選擇
1，封裝：根據(jù)客戶的線路板決定試用尺寸，一般用1206/0603尺寸。
2，額定電壓：24V以上
3，額定電流：一般采用5A（要考慮到保險(xiǎn)絲在鋰電池保護(hù)板上是2次保護(hù)，所以
要考慮到保護(hù)IC的保護(hù)延遲時(shí)間來確定保險(xiǎn)絲的熔斷時(shí)間）
4，冷電阻：15mΩ以下
5，安規(guī)要求：UL認(rèn)證
6，符合RoHS要求和Halogen-Free要求
下面舉2個(gè)例子來說明保險(xiǎn)絲的選擇。
舉例1：某單節(jié)鋰電池保護(hù)板電路圖如圖3，保護(hù)IC采用SII(精工)S8261ACJ，基本參數(shù)如圖4.采用的MOS管為BF9028DNJ/BF9028DNJ-A,部分參數(shù)如圖5.
貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用
A：保護(hù)電路工作正常。
保護(hù)IC過電流保護(hù)原理：電流當(dāng)放電電流過大或短路情況發(fā)生時(shí),保護(hù)IC將激活過(短路)電流保護(hù),此時(shí)過電流的檢測(cè)是將PowerMOS的Rds(on)當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形,若比所定的過電流檢測(cè)電壓還高則停止放電。
根據(jù)公式‘V-(過電流檢測(cè)電壓)=I(放電電流)*Rds(on)*2’可以算出放電電流達(dá)到多少保護(hù)IC開始進(jìn)行保護(hù)作用。（相關(guān)閱讀：PPTC在電子鞋柜的保護(hù)應(yīng)用）
1：短路保護(hù)情況：
當(dāng)過電流檢測(cè)電壓0.9V，MOS管內(nèi)阻取最大值時(shí)候，可以檢測(cè)過電流將為最小值。算出此時(shí)過電流值為15A，此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間320us；
當(dāng)過電流檢測(cè)電壓1.5V，MOS管內(nèi)阻取最小值時(shí)候，可以檢測(cè)過電流將為最大值。
算出此時(shí)過電流值為46.875A，此時(shí)保護(hù)IC保護(hù)延遲時(shí)間380us。
結(jié)論1：需求保險(xiǎn)絲在46.875A時(shí)候熔斷時(shí)間要大于380us，才能保證短路保護(hù)情況下保險(xiǎn)絲不會(huì)先于保護(hù)IC熔斷。
B：保護(hù)電路工作異常。
此時(shí)保護(hù)IC對(duì)短路不能起到保護(hù)作用，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)短路時(shí)候需要保險(xiǎn)絲快速熔斷。
考慮因素如下：
電芯電壓：3.8～4.2V
電芯內(nèi)阻：<150mΩ
保護(hù)板內(nèi)阻：MOS管內(nèi)阻＋保險(xiǎn)絲內(nèi)阻（15mΩ）＋PCB板內(nèi)阻（10mΩ）
短路負(fù)載內(nèi)阻：0～100mΩ
要考慮保險(xiǎn)絲的快速熔斷，所以就考慮短路電流的最小值，可以算出短路電流最小
值11A。
結(jié)論2：此要求保險(xiǎn)絲在11A電流情況下快速熔斷。
綜合A，B兩種情況，此保護(hù)板上選用SMD0603-F-5.0A可以滿足要求。
舉例2：某鋰電池保護(hù)板上采用保護(hù)IC為MM3177，MOSFET為AO8810
短路情況：多次短路測(cè)試發(fā)現(xiàn)保護(hù)IC（MM3177）能很好的起到短路保護(hù)作用，短路延遲時(shí)間11.4ms。短路其短路電流情況如圖7（多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)每次短路延遲時(shí)間變化微小，取其中較大的一次），此時(shí)測(cè)試到短路電流為16.4A。
貼片保險(xiǎn)絲在單節(jié)鋰電池上的應(yīng)用
根據(jù)測(cè)試情況，此款電池保護(hù)板采用的保護(hù)IC（MM3177）在做輸出短路保護(hù)時(shí)候有一個(gè)保護(hù)延遲時(shí)間，從測(cè)試來看短路電流在15A~20A時(shí)候，MM3177的短路保護(hù)延遲時(shí)間為10ms~13ms。
（1）測(cè)試SMD0603-B-5.0A保險(xiǎn)絲在20A熔斷時(shí)間如下表1
規(guī)格型號(hào) SMD0603-B-5.0A 檢驗(yàn)日期 2007-08-16
熔斷時(shí)間測(cè)試（BXC-35A型保險(xiǎn)絲測(cè)試儀，Tektronix DPO4032示波器）
測(cè)試電流 時(shí)間/電流特性
（20A） 55.2 ms 51.1 ms 57.1 ms 56.2 ms 61.4 ms
56.4 ms 52.9 ms 60.8 ms 51.9 ms 56.7 ms
表1
（2）從測(cè)試數(shù)據(jù)來看SMD0603-B-5.0A在20A先熔斷時(shí)間大于保護(hù)ICMM3177同電流情況下保護(hù)延遲時(shí)間（11ms~13ms）。
（3）此電池保護(hù)板（采用MM3177）上采用SMD0603-B-5.0A保險(xiǎn)絲，能更好的起到保護(hù)作用。
從實(shí)例1，2可以看出，單節(jié)鋰電池上選擇保險(xiǎn)絲需要考慮到保護(hù)IC的短路保護(hù)時(shí)間。
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貼片保險(xiǎn)絲