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佳宏课堂|PPTC保险丝在锂电池中的应用

      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。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。


      1.单节锂电池的组成

        01锂电池主要由电芯和电池保护板组成



      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:

      保护IC2  MOSFET3  SMDFUSE


    02.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




     举两个例子来说明保险丝的选择

       例子一:

      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。



      贴片保险丝在单节锂电池上的应用:


      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。

       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。

     结论一:

      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:

     ①电芯电压:3.8~4.2V

     ②电芯内阻:<150mΩ

     ③保护板内阻:MOS管内阻+保险丝内阻(15mΩ)+PCB板内阻(10mΩ)

     ④短路负载内阻:0~100mΩ

     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。

     结论二:

      此要求保险丝在11A电流情况下快速熔断。


      例子二:

      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。

      自恢复保险丝保护电子镇流器的具体方案:

     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。



    贴片保险丝在单节锂电池上的应用


      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SMD0603-B-5.0A保险丝在20A熔断时间如下表1

    规格型号SMD0603-B-5.0A检验日期 2007-08-16

    熔断时间测试(BXC-35A型保险丝测试仪,Tektronix DPO4032示波器)

    测试电流时间/电流特性

 (20A)55.2 ms51.1 ms57.1 ms56.2 ms61.4 ms

   56.4ms52.9 ms60.8 ms51.9 ms56.7 ms

(2)从测试数据来看SMD0603-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SMD0603-B-5.0A保险丝,能更好的起到保护作用。




总结: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。


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