串锂电池保护板详细设计说明.docx

7串锂电池保护板详细设计说明技术指标•最大工作电流： 15A•过充保护电压： 4.25V•过充恢复电压： 4.15V•过放保护电压： 2.8V•过放电恢复电压： 3V•睡眠电压： 2.5V•均衡误差： 50mV•均衡电流： 100mA•放电保护电流： 25A•放电过流保护延时： 10ms•充电保护电流： 5A•充电过流保护延时： 10ms•短路保护电流： 60A•短路保护延时 2ms•充电/加负载唤醒•充放电温度保护：留功能接口•睡眠静态电流： 10uA•保护器内阻： <15 毫欧•参考尺寸： L80*W58*H27mm二、方案选择根据以上的指标，选择 intersil 公司的电池管理芯片 ISL9208 作为模拟前端芯片，控制 器芯片使用PIC公司的PIC16F688单片机框图如下图所示：图 1 、结构框图 功能模块主要包括：1．模拟前端2．充放电采样电阻及开关3．单片机4．唤醒电路5．单片机外围接口三、模块说明1．模拟前端模拟前端芯片使用intersil公司的ISL9208，它是针对5〜7串的电池管理芯片提供完 善的过流保护电路、短路保护电路、3.3V稳压器、电池均衡控制电路、电池电压转换和冲 放电 FET 驱动功能；同时过流保护和短路保护的电流值及延时时间均可编程；控制器可以 通过I2C接口设置各寄存器的值。

ISL9208通过使用内部的模拟开关，为带有AD转换的微 控制器提供电池电压和内外温度管理芯片特点有：• 软件可编程过流阈值和保护时间• 快速短路保护• 三种场效应管控制方式> 背对背的充放电MOS控制> 单一放电MOS控制> 充放电MOS单独控制• 集成充放电 MOS 驱动电路• 3.3V稳压输出，精度是10%• I2C 接口• 内部集成均衡MOS，最大均衡电流200mA• 可编程上升沿或下降沿唤醒• 睡眠电流＜10uA• 工作电压2.3V〜4.3V （不适合磷酸铁锂） 2．充放电采样电阻及开关充放电的采样电阻使用康铜丝制作放电端采样电阻为4毫欧，使用2根1.2mm的康 铜丝并联而成充电端采样电阻为20毫欧，使用1根0.8mm的康铜丝放电端使用1个NMOS芯片，由ISL9208放电MOS控制脚控制芯片使用IR公司的 IRF1404，特性有：• D、S 击穿电压 40V• 导通电阻 4 毫欧• 最大连续工作电流162A• 最大脉冲电流650A充电MOS使用2个NMOS芯片，分别由ISL9208的充放电MOS控制脚控制芯片使 用IR公司的IRF7469，特性有：• D、S 击穿电压 40V• 导通电阻 17 毫欧• 最大连续工作电流9A• 最大脉冲电流73A 驱动电路如图2所示：R27和R28的作用消除电路中可能产生的过冲振荡；D1是为了防止电流灌入ISL9208 的CFET管脚；D3的作用是保护Q23的G和S不超过20V。

充电器短路保护使用自恢复保险丝完成3．单片机单片机使用PIC公司的PIC16F688，这是一颗8位的高性能RISC单片机特点有：• 4K 字 flash, 265 字节 SRAM, 256 字节 EEPROM• 运行速度从0〜20M• 8 级的硬件堆栈• 2V〜5.5V 工作电压• 8 通道 10 位 AD 转换• 一路 UART• 串行编程，接口使用ICSP协议• 内部 8M 时钟发生• 带看门狗• 低功耗设计，旁路电流小于luA,正常工作电流小于2mA在保护板中单片机完成的任务主要有：• 定时采集电池电压，并对欠压及过压做出相应反应• 充电状态判断• 均衡控制• 读取过流标志，并相应动作单片机的供电使用ISL9208提供的3.3V电压，出于功耗上面的考虑，在几个方面对单 片机的外围电路进行了优化：• 单片机工作在工作和睡眠交替的方式0.2S工作，睡眠2.4S• 所有单片机的输入IO 口都外接上拉或下拉电阻以降低睡眠电流• 对AD的2.5V参考电压使用PMOS进行开关控制，电路如图3所示基准源由TL431 产生， VREF_CTRL 是开关信号，低电平有效， VREF 是 TL43l 的电压输出。

由于 PIC16F688的参考电压输入脚和ICSP编程的CLK脚是共用的，为了使编程能够顺利完 成，电路中串联了 R58, C15是消除参考电压通道上的噪声4．唤醒电路唤醒电路包括2个，分别是负载唤醒和充电唤醒电路电路如图4所示：图中P-连接 的是负载的负极，C-连接的是充电器的负极，B+连接的是电池的正极，WKUP是唤醒信号， 下降沿有效，且低电平的时间要求大于20ms （消除工频干扰）工作原理：在睡眠的时候充放电MOS管均衡处于关闭状态，因此P-和C-管脚均没有 被电压驱动当有电阻连到P+和P-之间的时候，Q25的B极就会产生一个上升沿脉冲，从 而是WKUP出低脉冲当有电阻连到C+和C-之间的时候，Q25的B极会产生一个高电平， 从而使WKUP出低当有电压连到C+和C-之间的时候，Q26的E极会出负的电压，从而 使 WKUP 出低5．单片机外围接口 单片机的外围接口有4 芯的串口和6 芯的烧写口 串口主要用来与上位机的通信，通信内容有各节电池电压及各项技术指标串口设 置：波特率 9600，一个停止位，无奇偶校验四、总结1. 散热 由于保护板处在一个空气相对静止的环境下，因此散热是较难做好的指标。

电路中有几 个发热元件，主要有放电支路MOS管，放电支路康铜丝，均衡电阻和PCB线路上的温升 其中康铜丝的温度最为严重以下是总结的经验：• 在用PCB铜箔作为散热的条件下，放电支路的MOS管的热阻（结点到环境）一 般可以做到20〜30C/W之间，因此设计时尽量不要让MOS的功率超过2W• PCB的铜箔厚度使用2OZ,不但有利于降低线路阻抗，同时有利于散热• 均衡电流不宜超过100mA实测2512封装的电阻在100mA均衡电流的情况下温 升达到 20°• 康铜丝的本身的热阻较大，他最好是通过铜箔为他散热• 实测康铜丝正极焊盘的温度会比负极焊盘的温度高，因此加大正极焊盘面积比加大 负极焊盘面积更有意义• 在有过大电流的线路，最好都背面铺焊锡，以减小线路阻抗2. 改进• PCB 的铜箔厚度改用 2OZ• 加大放电支路康铜丝正极焊盘的面积，使用背面散热• 加大放电支路MOS管的散热面积，使用正面散热• 充电康铜丝原先接到B-的管脚改连接到放电康铜丝的正极焊盘，这样有利于在充 电支路短路的时候做保护。