单节锂电池保护电路设计详解

文章目录

单节锂电池保护芯片DW01V

过电压充电保护及恢复过程

过电压放电保护及恢复过程

过电流放电和电池短路保护及恢复过程

简介

我们在设计需求要使用锂电池的产品时，需要对锂电池进行保护电路设计，在此基础上才可以进行充电电路设计。对于锂电池的充电电路的设计之前有讲解，这里就不在介绍，感兴趣的朋友可以去我头条文章查看。那么锂电池的保护电路如何设计呢？这篇文章将给你解答。

我们在了解锂电池的基础知识后，我们会知道，锂电池需要做过电压充电保护、过电压放电保护、过流放电保护、短路保护等。所以我们在设计锂电池保护电路的时候，至少要实现以上保护功能。

下面我就介绍下市场上常用的一种保护方案，单节锂电池保护芯片DW01和Nmos管8205A组成的保护方案。类似的单节锂电池保护芯片有很多，都是大同小异，我们在对芯片选型时可以根据成本、供应的稳定和实际情况选择。下面我就以DW01V芯片进行介绍。

单节锂电池保护芯片DW01V

DW01V是单节锂离子或锂聚合物电池的理想保护芯片。DW01V是一款高精度的锂电池保护电路。正常状态下，如果对电池进行充电，则DW01V可能会进入过电压充电保护状态；同时，满足一定条件后，又会恢复到正常状态。如果对电池放电，则可能会进入过电压放电保护状态或过电流放电保护状态；同时，满足一定条件后，也会恢复到正常状态。

我们先来看下DW01V的引脚相关信息，如下图：

DW01V引脚信息及封装

DW01V引脚描述

再看下它的内部框图和典型应用电路吧，如下图：

DW01V内部框图

DW01V典型应用电路图

DW01V部分参数如下表，其他参数详情请查验手册。

DW01V部分参

在正常状态下，DW01V由电池供电，其VDD端电压在过电压充电保护阈值VOC和过电压放电保护阈值VOD之间，VM端电压在充电器检测电压（VCHG）与过电流放电保护阈值（VEDI）之间，COUT端和DOUT端都输出高电平，外接充电控制N-MOS管Q1和放电控制N-MOS管Q2均导通。此时，既可以使用充电器对电池充电，也可以通过负载使电池放电。

过电压充电保护及恢复过程

对电池进行充电，如果使VDD端电压升高超过过电压充电保护阈值VOC，且持续时间超过过电压充电保护延迟时间tOC，则DW01V将使充电控制端COUT由高电平转为VM端电平（低电平），从而使外接充电控制N-MOS管Q1关闭，充电回路被"切断"，即DW01V进入过电压充电保护状态。

有以下两种条件可以使DW01V从过电压充电保护状态恢复到正常状态：

1）电池由于"自放电"使VDD端电压低于过电压充电恢复阈值VOCR；

2）通过负载使电池放电（注意，此时虽然Q1关闭，但由于其体内二极管的存在，使放电回路仍然存在），当VDD端电压低于过电压充电保护阈值VOC，且VM端电压高于过电流放电保护阈值VEDI（在Q1导通以前，VM端电压将比VSS端高一个二极管的导通压降）。DW01V恢复到正常状态以后，充电控制端COUT将输出高电平，使外接充电控制N-MOS管Q1回到导通状态。DW01V进入过电压充电保护状态后，如果外部一直接有充电器，致使VM电压小于充电器检测电压（VCHG），那么即使当其VDD降至VOCR以下，DW01V也不会恢复到正常状态。此时必须去掉充电器，DW01V才会回到正常状态。

过电压放电保护及恢复过程

正常状态下，如果电池放电使VDD端电压降低至过电压放电保护阈值VOD，且持续时间超过过电压放电保护延迟时间tOD，则DW01V将使放电控制端DOUT由高电平转为VSS端电平（低电平），从而使外接放电控制N-MOS管Q2关闭，放电回路被"切断"，即DW01V进入过电压放电保护状态。同时，VM端电压将通过内部电阻RVMD被上拉到VDD。在过电压放电保护状态下，VM端（亦即VDD端）电压总是高于电池短路保护阈值VSHORT，满足此条件后，电路会进入"省电"的低功耗模式。此时，VDD端的电流将低于0.7μA。

对于处在低功耗模式下电路，如果对电池进行充电（同样，由于Q2体内二极管的存在，此时的充电回路也是存在的），使DW01V电路的VM端电压低于电池短路保护阈值VSHORT，则它将恢复到过电压放电保护状态，此时，放电控制端DOUT仍为低电平，Q2还是关闭的。

如果此时停止充电，由于VM端仍被RVMD上拉到VDD，大于电池短路保护阈值VSHORT，因此DW01V又将回到低功耗模式；

只有继续对电池充电，当VDD端电压大于过电压放电保护阈值VOD时，DW01V才可从过电压放电保护状态恢复到正常状态。

如果不使用充电器，由于电池去掉负载后的"自升压"，可能会使VDD端电压超过过电压放电恢复阈值VODR，此时DW01V也将从过电压放电保护状态恢复到正常状态；

DW01V恢复到正常状态以后，放电控制端DOUT将输出高电平，使外接充电控制N-MOS管Q2回到导通状态。

过电流放电和电池短路保护及恢复过程

正常状态下，通过负载对电池放电DW01V电路的VM端电压将随放电电流的增加而升高。如果放电电流增加使VM端电压超过过电流放电保护阈值VEDI，且持续时间超过过电流放电保护延迟时间tEDI，则DW01V进入过电流放电保护状态；

如果放电电流进一步增加使VM端电压超过电池短路保护阈值VSHORT，且持续时间超过短路延迟时间tSHORT，则DW01V进入电池短路保护状态。

DW01V处于过电流放电/电池短路保护状态时，DOUT端将由高电平转为VSS端电平，从而使外接放电控制N-MOS管Q2关闭，放电回路被"切断" ；

同时，VM端将通过内部电阻RVMS连接到VSS，放电负载取消后，VM端电平即变为VSS端电平。

在过电流放电/电池短路保护状态下，当VM端电压由高降低至低于过电流放电保护阈值VEDI，且持续时间超过过电流放电恢复延迟时间tEDIR，则DW01V可恢复到正常状态。因此，在过电流放电/电池短路保护状态下，当所有的放电负载取消后，DW01V即可"自恢复"DW01V恢复到正常状态以后，放电控制端DOUT将输出高电平，使外接充电控制N-MOS管Q2回到导通状态。

锂电池保护电路工作状态图

好了，这个锂电池保护电路暂时就介绍到这里，其他更多详情还是多查阅手册吧。欢迎大家评论交流，如果觉得我这篇文章写到很好到话，就转发出去分享给更多到朋友吧。最后欢迎大家点赞评论转发收藏，跟多好文章欢迎关注我——单片机嵌入式爱好者 。这里先透露下，下一篇文件介绍设计一个充电宝电路，期待的就关注我吧。

单片机常见英文简写，都来看看，快速入门

MCS-51指令英语全简称

（1）数据传送类指令（7种助记符） 助记符 英文注释 功能

MOV Move 对内部数据寄存器RAM和特殊功能寄存器SFR的数据进行传送

MOVC Move Code 读取程序存储器数据表格的数据传送 MOVX Move External RAM 对外部RAM的数据传送 XCH Exchange 字节交换

XCHD Exchange low-order Digit 低半字节交换 PUSH Push onto Stack) 入栈 POP Pop from Stack) 出栈

（2）算术运算类指令（8种助记符） ADD Addition 加法

ADDC Add with Carry 带进位加法 SUBB Subtract with Borrow 带借位减法 DA Decimal Adjust 十进制调整 INC Increment 加1 DEC Decrement 减1

MUL Multiplication、Multiply 乘法 DIV Division、Divide 除法

(3)逻辑运算类指令（10种助记符） ANL And Logic 逻辑与 ORL OR Logic 逻辑或

XRL Exclusive-OR Logic 逻辑异或 CLR Clear 清零 CPL Complement 取反 RL Rotate left 循环左移

RLC Rotate Left throught the Carry flag 带进位循环左移 RR Rotate Right 循环右移

RRC Rotate Right throught the Carry flag 带进位循环右移 SWAP Swap 低4位与高4位交换

(4)控制转移类指令（17种助记符）

ACALL Absolute subroutine Call 子程序绝对调用 LCALL Long subroutine Call 子程序长调用 RET Return from subroutine 子程序返回 RETI Return from Interruption 中断返回 JMP Jump Indirect 跳转指令 SJMP Short Jump 短转移

AJMP Absolute Jump 绝对转移 LJMP Long Jump 长转移

CJNE Compare and Jump if Not Equal 比较不相等则转移 DJNZ Decrement and Jump if Not Zero 减１后不为０则转移 JZ Jump if Zero 结果为０则转移

JNZ Jump if Not Zero 结果不为０则转移

JC Jump if the Carry flag is set 有进位则转移 JNC Jump if Not Carry 无进位则转移 JB Jump if the Bit is set) B 位为１则转移

JNB Jump if the Bit is Not set B 位为０则转移

JBC Jump if the Bit is set and Clear the bit 位为１则转移，并清除该位 NOP No Operation 空操作

（5）位操作指令（1种助记符） SETB Set Bit 置位 伪指令

助记符 英文注释 功能 ORG Origin 起始地址 DB Define Byte 定义字节 DW Define Word 定义字义

EQU Equal 赋值（右赋左） 等于 DATA Data 数据赋值（右赋左） XDATA External Data 外部数据赋值（右赋左） BIT Bit 位地址赋值 END End 汇编结束 DS Define storage 定义存储空间 51外部引脚

缩写 英文解释 中文解释

RST （9） Reset 复位信号引脚 RxD (10--P3.0) Receive Data 串口接收端 TxD (11--P3.1) Transmit Data 串口发送端

INT0(————)（ 12--P3.2） Interrupt0 外部中断0信号输入引脚 INT1(————) （13--P3.3） Interrupt1 外部中断1信号输入引脚 T0 (14--P3.4) Timer0 定时/计数器0输入信号引脚 T1 (15--P3.5) Timer1 定时/计数器1输入信号引脚 WR(———) (16--P3.6) write 存储器的写信号 写信号引脚

RD(———) (17--P3.7) read 读信号引脚

PSEN(—————) （29） progammer saving enable 外部程序存储器读选通信号

ALE （30） Address Latch Enable 地址锁存允许信号 EA(———) (31) enable 外部ROM选择信号 51内部寄存器

SFR special funtion register 特殊功能寄存器 ACC accumulate 累加器A

PSW progammer status word 程序状态字

CY (PSW.7) carry 进位标志位

AC (PSW.6) assistant carry 辅助进位标志位 OV (PSW.2) overflow 溢出标志位 PC progammer counter 程序计数器

DPTR data point register 数据指针寄存器 SP stack point 堆栈指针

TCON timer control 定时器控制寄存器 TF1 （TCON.7） Timer1 flag T1中断标志位 TR1 （TCON.6） Timer1 Run T1运行控制位 TF0 （TCON.5） Timer0 flag T0中断标志位 TR0 （TCON.4） Timer0 Run T0运行控制位

IE1 （TCON.3） Interrupt1 exterior 外部中断1中断标志位 IT1 （TCON.2） Interrupt1 touch 外部中断1 触发方式选择位 IE0 （TCON.1） Interrupt0 exterior 外部中断0中断标志位 IT0 （TCON.0） Interrupt0 touch 0-电平触发 1-下降沿触发 IE （A8H） interrupt enable 中断允许寄存器 EA (IE.7) enable all interrupt 中断总允许位 ES (IE.4) enable serial 串行口中断允许位 ET1 （IE.3） enable timer 1 T1中断允许位

EX1 （IE.2） enable exterior 1 外部中断1中断允许位 ET0 （IE.1） enable timer 0 T0中断允许位

EX0 （IE.0） enable exterior 0 外部中断0中断允许位 IP （B8H） interrupt priority 中断优先级寄存器 PS (IP.4) priority serial 串口优先级标志位

PT1 (IP.3) priority timer 1 定时器1优先级标志位

PX1 (IP.2) priority exterior 1 外部中断1优先级标志位 PT0 (IP.1) priority timer 0 定时器0优先级标志位

PX0 (IP.0) priority exterior 0 外部中断0优先级标志位 PCON (87H) power control 电源控制和波特率选择 TMOD （89H） timer mode 定时器方式控制寄存器 MSB = most significant bit//最高有效位 LSB = last significant bit//最低有效位 OE = output enable //输出使能 PROG progamme 程序

XTAL:External Crystal Oscillator,外部晶体振荡器 CLKOUT：Clock out,时钟输出 BUSWDITH：总线宽度

Vref：参考电压（带ADC的单片机中有的） RESET：复位，重启 ACH：？？

HSO：High Speed Output，高速输出 HSI：High Speed Input：高速输入 INST：Instruction，指令

READY：就绪，总线中的就绪信号或引脚

CY (PSW.7) carry 进位标志位

AC (PSW.6) assistant carry 辅助进位标志位 OV (PSW.2) overflow 溢出标志位 PC progammer counter 程序计数器

DPTR data point register 数据指针寄存器 SP stack point 堆栈指针

TCON timer control 定时器控制寄存器 TF1 （TCON.7） Timer1 flag T1中断标志位 TR1 （TCON.6） Timer1 Run T1运行控制位 TF0 （TCON.5） Timer0 flag T0中断标志位 TR0 （TCON.4） Timer0 Run T0运行控制位

IE1 （TCON.3） Interrupt1 exterior 外部中断1中断标志位 IT1 （TCON.2） Interrupt1 touch 外部中断1 触发方式选择位 IE0 （TCON.1） Interrupt0 exterior 外部中断0中断标志位 IT0 （TCON.0） Interrupt0 touch 0-电平触发 1-下降沿触发 IE （A8H） interrupt enable 中断允许寄存器 EA (IE.7) enable all interrupt 中断总允许位 ES (IE.4) enable serial 串行口中断允许位 ET1 （IE.3） enable timer 1 T1中断允许位

EX1 （IE.2） enable exterior 1 外部中断1中断允许位 ET0 （IE.1） enable timer 0 T0中断允许位

EX0 （IE.0） enable exterior 0 外部中断0中断允许位 IP （B8H） interrupt priority 中断优先级寄存器 PS (IP.4) priority serial 串口优先级标志位

PT1 (IP.3) priority timer 1 定时器1优先级标志位

PX1 (IP.2) priority exterior 1 外部中断1优先级标志位 PT0 (IP.1) priority timer 0 定时器0优先级标志位

PX0 (IP.0) priority exterior 0 外部中断0优先级标志位 PCON (87H) power control 电源控制和波特率选择 TMOD （89H） timer mode 定时器方式控制寄存器 MSB = most significant bit//最高有效位 LSB = last significant bit//最低有效位 OE = output enable //输出使能 PROG progamme 程序

XTAL:External Crystal Oscillator,外部晶体振荡器 CLKOUT：Clock out,时钟输出 BUSWDITH：总线宽度

Vref：参考电压（带ADC的单片机中有的） RESET：复位，重启 ACH：？？

HSO：High Speed Output，高速输出 HSI：High Speed Input：高速输入 INST：Instruction，指令

READY：就绪，总线中的就绪信号或引脚

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