科普：电池的保护电路

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此篇文章主要介绍手机电池的保护电路。我们大家在使用电池的时候总会发生各种误操作， 而手机电池的电芯其实是比较脆弱的，因此完备的保护措施对一个合格的手机电池来讲是必不可少的。下面是正文：

一、镍氢电池的保护

手机镍氢电池的保护器件非常简单，就是图中的哪个跨在两节电芯之间的扁扁的扁带一样的东西，称为可恢复式保险丝，又称PTC，即正温度系数热敏电阻的英文简写。在电路上，它是串联在供电回路里面的。一旦发生大电流（比如短路）的情况，就会因其PTC效应迅速增加其本身的电阻值，起到断路的作用。

二、PTC的介绍


PTC正温度系数热敏电阻，又称polyswitch聚合物自复保险丝（polymer resettable fuse）。聚合物自复保险丝由聚合物基体及使其导电的碳黑粒子组成。由于聚合物自复保险丝为导体，其上会有电流通过。当有过电流通过聚合物自复保险丝时，产生的热量（为I2R）将使其膨胀。从而碳黑粒子将分开、聚合物自复保险丝的电阻将上升。这将促使聚合物自复保险丝更快的产生热、膨胀得更大，进一步使电阻升高。当温度达到125° C时，电阻变化显著，从而使电流明显减小。此时流过聚合物自复保险丝的小电流足以使其保持在这个温度和处于高阻状态。当故障清除后，聚合物自复保险丝收缩至原来的形状，重新将碳黑粒子联结起来，从而降低电阻至具有规定的保持电流这个水平。上述过程可循环多次。PTC的保护原理如下图：

冷态PTC电阻值仅几十毫欧，而热态电阻值可达几百千欧姆。

三、锂离子电池的保护线路


本文主要以图例进行说明。

图左为典型的锂离子保护线路原理图，B+和B-代表典型的正负极，而P+和P-代表成品手机电池的正负极输出（见图右）。

四、锂离子保护线路的保护参数

另外，复杂高级的锂离子电池(比如智能锂离子电池)还会包含温度保护，电量计量，实时时钟和电子范围标识码。

五、锂离子电池保护原理细解


1、过充保护

当充电电压超出保护值是，触发保护线路动作，关断开关管Q1。
2、过放保护

当负载使电池电压降低到保护电压以下时，触发保护线路，Q1关断。
3、短路保护

短路保护电路分两种，一种是一旦触发后，短路故障排除，Q1自行导通，另一种触发后不会自行恢复，需要外界强行充电后才会释放Q1。目前市场上这两种保护电路共存。

六、电池其它管脚的定义和解释

在许多手机的电池输出端，除了正负极，通常还会有一个或几个另外的输出端，典型有如图的两种，NTC电阻和ID电阻。
1、ID电阻的原理
ID(标识的简拼)

简单讲就是手机通过读取该管脚电阻的阻值来获悉电池的类型（根据阻值的不同来区分镍氢电池和锂离子电池，区分大容量电池和普通容量电池）。
2、NTC电阻

NTC电阻正好是前面PTC电阻的相反。NTC是负温度系数热敏电阻的简拼。
简单讲手机通过读取该电阻的阻值获取电池的温度值。籍以进行相应的保护动作，比如在0~45度以外的环境，手机不进行充电，在-20~60度的范围之外手机强行关机，以此来保护在非电池容忍环境里的危险操作。
3、NTC原理

NTC电阻的阻值和温度的对应关系如上图所示，图中可以看出，该电阻对应温度有一个非常明确的对应关系。该电阻还可以用来进行一些电路的负温度补偿。

七、综合电路

一个典型的锂离子电池综合保护电路，从左至右分别为电量计电路/保护电路/实时时钟。
这一点很有趣，实时时钟电路放在电池包里面的一个好处就是即使从手机上拔下电池，时钟也不会丢失，只要电池的电压不降低到3.0V以下。而现在大多数实时时钟电路是放在手机里面的，仅仅靠一个小容量的后备电池进行供电，一点手机掉电后，维持的时间非常有限。

chinaboy2277

不错，很好！

kscxd

横好，谢谢

方程哥

不错，很好！谢谢