锂在元素周期表上位于第3位，因外层电子数为1个，容易失去从而形成稳定结构，故锂是一种非常活泼的金属。由锂元素制成的锂离子电池，具有放电电流大、内阻低、寿命长无记忆效应等优点，现已被广泛使用。但锂离子电池在使用中严禁过充电、过放电和短路，否则将会引起电池寿命缩短或起火、爆炸等事故，因此可充型锂电池都会连接一块充放电保护电路板(常简称保护板)来保护电芯的安全，如图1所示。
提示：PTC是英文Positive temperature coeficient 的缩写，意即正温度系数电阻(温度越高，阻值越大)。该元件可起过流保护作用，即防止电池高温放电和不安全的大电流充放电。PTC器件采用高分子材料聚合物，通过严格的工艺制成，由聚合物树酯基体及分布在里面的导电粒子组成。在正常情况下，导电粒子在树酯中构成导电通路，器件表现为低阻抗;当电路中有过流现象发生时，流经PTC的大电流产生的热量使聚合物树酯基体体积膨胀，因而切断导电粒子间的连接，从而对电路起到过流保护作用。当故障解除后，该元件可自动恢复到初始状态，保证电路正常工作。
一、锂电池的充放电要求
1.锂电池的充电
单节锂电池的最高充电终止电压为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子丢失太多而使电池报废。对锂电池充电时，应采用专用的恒流恒压充电器，先恒流充电至锂电池两端电压为4.2V后，转人恒压充电模式;当恒压充电电流降至100mA时，应停止充电。
充电电流(mA)可为0.1~1.5倍电池容量，例如: 1350mAh的锂电池，其充电电流可控制在135mA~2025mA之间。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2~3小时。
2.锂电池的放电
由于锂电池的内部结构原因，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌人通道。否则，电池寿命会缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。单节锂电池的放电终止电压通常为3.0V，最低不能低于2.5V。电池放电时间长短与电池容量、放电电流大小有关。电池放电时间(小时)=电池容量/放电电流，且锂电池放电电流(mA)不应超过电池容量的3倍，例如:1000mAh的锂电池，则放电电流应严格控制在3A以内，否则会使电池损坏。
二、保护电路的组成
控制IC内置高精度电压检测电路和多级电流检测电路。其中电压检测电路一是对 充电电压进行检测，一旦达到其设定阈值(通常为3.9V~4.4V)，立即进人过充电保护状态;二是对放电电压进行检测，一旦达到其设定阈值(通常为2.0V~3.0V)，立即进人过放电保护状态。
在该电路中，MOS开关管多采用薄型TSSOP-8或sOT23-6封装形式，其外形如图3所示。
这些MOS开关管有的内含一只N沟道场效应管，如FDMC7680，其①~③脚为S极，④脚为G极，⑤~⑧脚为D极，其内部结构如图4所示;有的内含两只N沟道场效应管，如FDW9926A、8205A等，其引脚功能与封装形式有关，如图5所示。
另外，部分锂电池保护电路中还安装有NTC和ID信号形成元件。NTC是英文Negative temperature coefficient 的缩写，意即负温度系数电阻。该元件在此电路中主要起过热保护作用，即当电池自身或其周边环境温度升高时，NTC元件阻值降低，使用电设备或充电设备及时作出反应，若温度超过一定值时，系统进人保护状态，停止充放电。ID 是Identifcation的缩写，即身份识别的意思，其信息识别的元件分为两种:一是存储器，常为单线接口存储器，存储电池种类、生产日期等信息;二是识别电阻，这两者均可起到产品的可追溯和应用的限制。
三、保护电路工作原理分析
单节锂电池的正常输出电压约为3.7V，可直接作为手机、MP3/MP4及部分小屏幕的平板电脑的电源。对于需要较高电压的电器而言，如移动DVD/EVD或大屏幕平板电脑，这时可用多节锂电池串联得到所需电压，如一款需11.1V供电的平板电脑，则配用电池组件为三块串联的锂电池。单节锂电池与多节串联锂电池的保护电路有所不同，下面分别举例分析。
1.单节锂电池保护电路
单节锂电池充放电保护电路的具体组成方案较多，但工作原理相差不大，下面以在手机中用得较多的-一种电路为例进行分析，供参考。
该电路的控制芯片为DWO1(或312F)，MOS开关管为8205A，如图6所示，B+ B-分别是接电芯的正、负极;P+ P-分别是保护板输出的正、负极;T为温度电阻(NTC)端口，一般需要与用电器的CPU配合才能进行保护控制。
DW01或312F是一款锂电池保护芯片，内置有高精确度的电压检测与时间延迟电路，主要参数如下:过充检测电压为3V，过充释放电压为4.05V;过放检测电压为2.5V，过放释放电压为3.0V;过流检测电压为5V，短路电流检测电压为1.0V;DW01允许电池输出的最大电流是3.3A。该芯片的引脚功能见表1。
(1)正常工作
该保护板的电路如图7所示，当电芯电压在2.5V~4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平(等于供电电压)，②脚电压为0V。此时8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状态，由于8205A的导通电阻很小，相当于D、s极间直通，此时电芯的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下:B+->P+->负载->P->+8205A的②、③脚->8205A的①脚->8205A的⑧脚->8205A的⑥、⑦脚->B-。
提示：在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V 时，开关管导通，D、S极间内阻很小(数十毫欧姆)，相当于开关闭合;当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大(几兆欧姆)，相当于开关断开。
(2)过放电保护
当电芯通过外接的负载进行放电时，电芯两端的电压将慢慢降低，同时DW01内部将通过电阻R1实时监测电芯电压，当电芯电压下降到23V (通常称为过放保护电压)时，DW01认为电芯已处于过放电状态，其①脚电压变为0V，8205A内Q1截止，此时电芯的B-与P-之间处于断开状态，即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。
进入过放电保护状态后，电芯电压会上升，若能上升到IC的门限电压(一般为3.1V ，通常称为过放保护恢复电压)，DW01的①脚恢复输出高电平，8205A内的Q1再次导通。
(3)电池充电
无论保护电路是否进人过放电状态，只要给保护电路的P+与P-端间加上充电电压，DW01经B-端检测到充电电压后，便立即从③脚输出高电平，8205A内的Q2导通，即电芯的B-与保护电路的P-接通，充电器对电芯充电，其电流回路如下:充电器正极->P+->B+->B-->8205A的⑥、⑦脚->8205A的⑧脚->8205A的①脚->+8205A 的②、③脚->P->充电器负极。
(4)过充电保护
充电时，当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯两端的电压将逐渐升高，当电芯电压升高到4.4V(通常称为过充保护电压)时，DW01将判断电芯已处于过充电状态，便立即使③脚电压降为0V，8205A内的Q2因④脚为低电平而截止，此时电芯的B-极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即电芯的充电回路被切断，停止充电。
当保护电路的P+与P-端接上放电负载后，虽然Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两端电压低于4.3V (通常称为过充保护恢复电压)时，DW01将退出过充电保护状态，③脚重新输出高电平，Q2导通，即电芯的B-端与保护电路P-端又重新接上，电芯又能进行正常的充放电。
(5)过流保护
由于MOS开关管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时MOS开关管的D、S极间就会产生压降，保护控制IC会实时检测MOS开关管D .S极的电压，当电压升到IC保护门限值(一般为0.15V，称为放电过流检测电压)时，其放电保护执行端马上输出低电平，放电控制MOS开关管关断，放电回路被断开。
在图7中，DW01通过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOS开关管上的压降。当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大，当该压降达到0.2V时，DW01便判断负载电流到达了极限值，于是其①脚电压降为0V， 8205A内部的放电控制管Q1关闭，切断电芯的放电回路。实现过电流保护。
(6)过温保护
保护板上的T端口为过温保护端，与用电器的CPU相连。常见的过温保护电路较简单，就是在T端P-端接一只NTC电阻(见图7中的R4)，该电阻紧贴电芯安装。当用电器长时间处于大功率工作状态时(如手机长时间处于通话状态)，电芯温度会上升，则NTC阻值会逐渐下降，用电器的CPU对NTC阻值进行检测，当阻值下降到CPU设定阈值时，CPU立即发出关机指令，让电池停止对其供电，只维持很小的待机电流，从而达到保护电池的目的。
提示：当保护板处于保护状态时，可以短接B-、P-端来激活保护板，这时控制芯片的充、放电保护执行端(OC、0D)均会输出高电平，让MOS开关管导通。
2.多节锂电池保护电路
锂电池充放电控制芯片UCC3957可对3或4节锂电池组提供过充电、过放电及过流等保护，具体而言:该芯片对电池组内的每一节电池电压进行采样，并与内部的精密基准电压进行比较，当任意一节电池处于过压或欠压状态时，芯片就会进行相应的控制，以防止进一步充电或放电，其典型应用电路如图8所示。图中，Q1、Q2为P沟道MOSFET管，分别控制充电和放电电流。
(1)电池组的连接
电池组与IC连接要注意顺序。电池组的底端连接到，UCC3957(U1)的AN4端，顶端连接到VDD端，每两节电池的连接点按相应顺序连接到AN1~AN3端。当电池组为3节电池时，U1的②脚(CLCNT 端)与16脚(DVDD端)相连，同时将⑥脚(AN3端)与⑦脚(AN4端)相连;当电池组为4节电池时，②脚接地(即连到AN4端)。
(2)放电
U1具有智能放电功能。放电时，U1的13脚输出低电平，放电开关Q2导通，锂电池组经Q2及Q1内的二极管向负载供电。颚载所需电流较大时，通过电流检测电阻RS两端的压降也较大，当超过15mV(对应0.6A的放电电流)时，则U1的③脚输出低电平，充电开关管Q1导通，从而提高电池组的放电能力。
(3)欠压保护
当检测到任一节电池处于过放电时(低于欠压阈值)，U1的③脚、13脚输出高电平，同时关断Q1、Q2，U1进人休眠状态，此时芯片的工作电流仅为3.5uA。只有当③脚电压升到VDD时，芯片检测到后才会退出休眠状态。
(4)充电
当接人充电器时，开关S1闭合，U1的⑨脚( CHGEN端)与16脚(DVDD )相通，U1的③脚输出低电平，充电开关管Q1导通，电池组充在充电期间，如果U1处于休眠状态，则放电开关管Q2仍然关断，充电电流经Q2内的二极管对电池组充电。当每节电池的电压均高于欠压阈值时，Q2导通。
(5)过流保护
为了适应大的电容负载，UCC3957设有两个过流阈值电压，每一个阈值电压又可以设定不同的延迟时间，即采用二级过流保护模式。这种二级过流保护既可对短路提供快速的响应，又可使电池组承受一定的浪涌电流，以防止因滤波电容容量较大而引起不必要的过流保护动作。电流检测电阻RS接在U1的⑦脚(AN4)与⑧脚(BATLO)之间。当RS两端的压降超过某一阈值时，过流保护进人间歇模式。在这一模式下，放电开关管Q2周期性地关断与导通，直到故障排除。一旦故障排除，芯片自动恢复到常规工作状态。
第一级过流保护阈值为0.15V(对应的输出电流为6A)，且持续时间超过U1设定的时间(由U1的10脚(CDLY1)和地之间的电容C4设定)，则U1进人间歇工作模式，其输出脉冲的占空比约为6%，即开关管的关断时间大约是导通时间的16 倍。
第二级过流阈值为0.375V (对应的输出电流为15A)，且持续时间超过U1设定的时间(由U1的④脚(CDLY2)和地之间的电容C3设定)，则U1进人间歇工作模式，其输出脉冲的占空比小于1%，即开关管的关断时间大约是导通时间的100倍。
(6)过压保护
如果某一节电池的充电电压超过充电阈值，则U1的③脚输出高电平，充电开关管Q1关断，进入过压保护状态。
另外，如果电池组与u1的④~⑥脚(AN1~AN3) 的连线断路，则U1也将进人过压保护状态。
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