详解单节保护电路DW01的工作原理和结构
随着锂电池技术的不继完善，锂电池的应到越来越广泛。锂电池做在续航能力比以往的铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢蓄电池增加近一倍，许多手持仪器供电电池多采用锂电池供电。而为了保证锂电池的正常使用，锂电池必须得带有保护电路，防止其过充、过放，过流以及短路保护。小编以目前市场上最为广泛应用的芯片DW01，来解说如何设计一款单节锂电池保护电路，具有体积小巧、成本低廉等优点。
1 DW01芯片介绍
DW01是一个单节锂电池保护集成芯片，芯片功能有电压过充、过放，输出过流，短路保护功能。DW01芯片内部电路集成了三个电压检测电路、一个基准电路、一个延迟电路、一个短路保护电路和一个逻辑电路，其结构如图1所示。DW01采用SOT23-6封装，其引脚分布及外形如图2所示，引脚功能如表1所示[1]。
2 电路设计及电路工作原理
由于煤矿井下环境的特殊性，对仪器设备安全性要求更为严格，在电路设计时均采用双重保护。因此，本文中由2块DW01和2块SPN8822A芯片设计为双重保护电路，其原理图如图3所示[2]。
2.1 锂电池保护板正常工作过程[3]
当电芯电压在2.5V至4.3V之间时，DW01的第1脚、第3脚均输出高电平(等于供电电压)，第二脚电压为0V。此时DW01的第1脚、第3脚电压将分别加到SPN8822A的第4、5脚，SPN8822A内的两个电子开关因其G极接到来自DW01的电压，故均处于导通状态，即两个电子开关均处于开状态。此时，电芯的负极与保护板的P-端相当于直接连通，保护板有电压输出。
2.2 锂电池保护板过放电保护控制原理
当电芯通过外接的负载进行放电时，电芯的电压将慢慢降低，同时，DW01内部将通过R200电阻实时监测电芯电压，当电芯电压下降到约2.3V时，DW01将认为电芯电压已处于过放电电压状态，便立即断开第1脚的输出电压，使第1脚电压变为0V，SPN8822A内的开关管因第4脚无电压而关闭。此时电芯与保护板之间处于断开状态，即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。保护板处于过放电状态并一直保持。等到保护板接上充电电压后，DW01检测到充电电压后便立即停止过放电状态，重新在第1脚输出高电压，使SPN8822A内的过放电控制管导通，即电芯与保护板又重新接上，电芯经充电器直接充电。
2.3 锂电池保护板过充电保护控制原理
当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.4V时，DW01将认为电芯电压已处于过充电电压状态，便立即断开第3脚的输出电压，使第3脚电压变为0V，SPN8822A内的开关管因第5脚无电压而关闭。此时，电芯与保护板之间处于断开状态，即电芯的充电回路被切断，电芯将停止充电，保护板处于过充电状态并一直保持。等到保护板接上放电负载后，因此时虽然过充电控制开关管关闭，但其内部的二极管正向与放电回路的方向相同，故放电回路可以进行放电。当电芯的电压低于4.3V时，DW01停止过充电保护状态，重新在第3脚输出高电压，使SPN8822A内的过充电控制管导通，即电芯与保护板又重新接上，电芯又能进行正常的充放电。
2.4 保护板短路保护控制原理
在保护板对外放电的过程中，SPN8822A内的两个电子开关并不完全等效于两个机械开关，而是等效于两个阻值很小的电阻，并称为SPN8822A的导通内阻。每个开关的导通内阻约为30mΩ，加在G极上的电压实际上是直接控制每个开关管的导通内阻大小的。当G极电压大于1V时，开关管的导通内阻很小(几十毫欧)，相当于开关闭合;当G极电压小于0.7V时，开关管的导通内阻很大(几MΩ)，相当于开关断开。DW01允许输出的最大电流是3.3A，实现了过电流保护。
3 结束语
DW01芯片的结构以及工作原理，并给出了单节锂电池的双重保护电路设计，该电路具有体积小巧、保护灵敏等特点。该电路设计具有体积小、成本低、可靠性和稳定性高等优点，适用于中、小功率电子设备，并且该产品已在煤矿井下的便携设备中得到了大量的应用。
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