单节锂电池保护板的测试.pdf

Semiconductor CorporationFo r tune富晶半導體股份有限公司Application Note .tw 1/11 June 2004 AN011單節鋰電池保護板的測試 目錄 頁次 序論 ........................................................................................................................................ 2 1. 鋰電池保護板的工作原理 .............................................................................................. 2 1.1. 正常狀態 ...............................................................................................................................................3 1.2. 過充保護狀態 .......................................................................................................................................3 1.3. 過放保護狀態 .......................................................................................................................................3 1.4. 過流保護狀態 .......................................................................................................................................3 2. 鋰電池保護板的測試專案 .............................................................................................. 4 3. 測試方法解析 ................................................................................................................. 4 3.1. 用長信測試儀測試鋰電池保護板 .......................................................................................................4 3.2. 用超思思測試儀測試保護板 ...............................................................................................................6 3.3. 自製工裝 ...............................................................................................................................................7 4. 結論 ................................................................................................................................11 5. 參考資料 ........................................................................................................................11 Semiconductor CorporationFo r tune富晶半導體股份有限公司Application Note .tw 2/11 June 2004 AN011序論 由於鋰電池本身的特性，過度充電會引起電池的損壞甚至爆炸，過度放電則會縮短電池的壽命，且放電大電流也會嚴重損壞電池，所以在使用電池時，須對其采取嚴格的保護 措施 ，而鋰電池保護板正是扮演這個角色。

廠商生產保護板時， 須 對保護板進行嚴格的測試，一旦不合格的產品流入市場，輕者縮短電池的使用壽命，重則造成人員傷害但由於現今市場上並無統一的測試設備和方法，各生產廠商的測試設備五花八門，方法各式各樣，經常因為對設備的原理不瞭解，或參數調整不當，而把合格的產品誤判為不良品，導致生產良率不高；另對一些重要參數的漏測，則造成已檢測合格的產品在實際應用時卻不能對電池達到真正的保護效用以下所介紹的就是現今市場上常用測試設備的工作原理及使用時應注意的事項 註：為了方便說明，以 DW01 的保護板為例來進行介紹 1. 鋰電池保護板的工作原理 在介紹鋰電池保護板測試設備前，先簡單地介保板的工作原理以利瞭解 市場上常見的鋰電池保護板線路圖如圖 1： VCCGNDOD OCCSR1100C10.1uF M1M2DW01R21kC2 0.1uF C3 0.01uF TDB+B- P-P+圖 1 在實際應用中， B+與 B-是用來接電池的；電池充電時， P+和 P-接充電器；使用電池時， P+和P-接負載；而鋰電池保護板的保護功能是靠鋰電池保護 IC 關斷保護板上的兩個 MOSFET(M1、 M2)來達成的。

鋰電池保板有 4 個工作狀態 Semiconductor CorporationFo r tune富晶半導體股份有限公司Application Note .tw 3/11 June 2004 AN0111.1. 正常狀態 在正常狀態下，保護板的兩個 MOSFET(M1、 M2)均處在導通狀態，既允許電池充電，又允許電池放電 1.2. 過充保護狀態 過充保護狀態是保護板在電池電壓高於過充保護偵測電壓（ VOCP） ，且持續的時間超過過充保護延遲時間（ TOC）時進入的狀態在此狀態下保護板上控制放電的 MOSFET（ M1）是導通的，而控制充電的 MOSFET（ M2）則被關斷，故電池只能放電不能充電 首先，須注意，保護板進入過充保護狀態需要兩個條件，一是電池電壓高於過充保護偵測電壓，二是電池電壓高於過充保護偵測電壓持續的時間超過過充保護延遲時間 其次，尚須注意，保護板進入過充保護狀態，保護板的耐壓（主要是 DW01 和 MOSFET 的耐壓）要高於充電器的電壓，否則 MOSFET 會關不斷，或出現漏電現象，因而不能截斷充電回路，無法達到保護電池的作用 另外，過充保護後，電池沒接負載因自放電電壓下降，從過充保護狀態回到正常狀態的電壓值，稱之為過充釋放電壓。

1.3. 過放保護狀態 過放保護狀態是保護板在電池電壓低於過放保護偵測電壓（ VODP） ，且持續的時間超過過放保護延遲時間（ TOD）時進入的狀態在此狀態下保護板上控制充電的 MOSFET（ M2）是導通的，而控制放電的 MOSFET（ M1）被關斷，故電池只能充電不能放電 於此須注意，保護板進入過放保護狀態需要兩個條件，一是電池電壓低於過放保護偵測電壓，二是電池電壓低於過放保護偵測電壓持續的時間超過過放保護延遲時間 進入過放保護 狀態 後，電池接上充電器充電而電壓上升，從過放保護狀態回到正常狀態的電壓值 稱之為 過放釋放電壓要注意的是，若未對電池進行充電，即使電池電壓因某些原因高於過放釋放電壓，過放保護也不會被釋放 1.4. 過流保護狀態 當保護板上的 DW01 監測到 P-與 GND 之間的電壓高於過流保護電壓（ VOI1） ，且持續的時間超Semiconductor CorporationFo r tune富晶半導體股份有限公司Application Note .tw 4/11 June 2004 AN011過過流保護延遲時間 （ TOI1） ，保護板就進入過流保護狀態 。

在此狀態下保護板上控制充電的 MOSFET（ M2）是導通的，而控制放電的 MOSFET（ M1）被關斷了，電池不能放電；短路保護原理與過流保護一樣，只是偵測電壓（ VOI2）及延遲時間（ TOI2） ，與過流保護不一樣 過流保護是監測 P-與 GND 之間的電壓來達成的， P-與 GND 之間的電壓等於放電電流乘以 P-與GND 之間的電阻，因此過流保護流值與 MOSFET 的內阻及 PCB 的佈線是很有關係的 進入過流保護狀態後，負載大於 500kΩ才能釋放 2. 鋰電池保護板的測試專案 2.1 過充保護電壓 2.2 過放保護電壓 2.3 短路保護時間 2.4 過充釋放電壓 2.5 過放釋放電壓 2.6 工作電流 2.7 耐壓測試 3. 測試方法解析 各廠商測試鋰電池保護板的方法種類很多，以下介紹最具代表性的幾種測試方法 3.1. 用長信測試儀測試鋰電池保護板 長信測試儀所的項目有：過充保護電壓、過充釋放電壓、過放保護電壓、過流保護電流和耗電流測試等以其測試鋰電池保護板時，常會出現的誤判是過充保護電壓，測試過充保護電壓的原理如圖 2 所示 Semiconductor CorporationFo r tune富晶半導體股份有限公司Application Note .tw 5/11 June 2004 AN011VCCGNDTDOD OCCSR1100次R21k次M1M2DW01B+B-VVP+P-PowerDMMC10.1 F 米C3 0.01 F 米C2 0.1 F 米圖 2 圖 2 中，虛線內的部分是鋰電池保護板，虛線外的部分是長信測試儀的等效電路。

測試過充保護電壓的原理是從 B+和 B-給保護板輸入設定電壓，監測 P+和 P-端的電壓，正常狀態時， V（ B+， B-）等於 V（ P+， P-） ；過充保護狀態下， V（ B+， B-） >V（ P+， P-） 測試保護板時，測試儀輸出設定的電壓 V1，延時一段時間 T1（設定的） ，比較 V（ B+， B-） ， V（ P+， P-） ，若相等，則亮紅燈，顯示過充超標；若 V（ B+， B-） >V（ P+， P-） ，則是沒問題的再改變 V（ B+， B-） ，測試過充保護電壓的實際值 在實際應用中，不但要把 V1 設置為一個合理的值（保護板選用 IC 的過充偵測電壓的最大值，例如選用的 IC 是 DW01， V1 就要設定為 4.40V） ，還要令 T1 設定與保護板選用 IC 的過充保護延遲時間相等或更大，否則就會將過充保護電壓合格，但 TOC 大於 T1（在 Data Sheet 要求範圍內）的保護板誤判為不合格品 測試過放保護的原理相似，但由於 TOD 較小，各廠商設定的測試時間都大於它，故不會出現誤判。