贴片保险丝在单节锂电池中的应用
2021-08-18 15:58:48
lipscall
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。
一.单节锂电池的组成
锂电池主要由电芯和电池保护板组成（如图2）
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：1，保护IC2，MOSFET3，SMDFUSE
二.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
下面举2个例子来说明保险丝的选择。
举例1：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。
1：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1：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：
电芯电压：3.8～4.2V
电芯内阻：<150mΩ
保护板内阻：MOS管内阻＋保险丝内阻（15mΩ）＋PCB板内阻（10mΩ）
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2：此要求保险丝在11A电流情况下快速熔断。
综合A，B两种情况，此保护板上选用SMD0603-F-5.0A可以满足要求。
举例2：某锂电池保护板上采用保护IC为MM3177，MOSFET为AO8810
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 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）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。
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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