锂电池保护板之电池线路板

1 概念：    

成品锂电池组成主要有两大部分，锂电池芯和电池线路板保护板，锂电池芯主要由正极板、隔膜、负极板、电解液组成；正极板、隔膜、负极板缠绕或层叠，包装，灌注电解液，封装后即制成电芯，锂电池保护板的作用很多人都不知道，锂电池保护板，顾名思义就是保护锂电池用的，锂电池保护板的作用是保护电池不过放、不过充、不过流，还有就是输出短路保护。

2 保护板功能：

保护板的功能主要是对电芯进行保护。

（锂电池一般由电芯、保护板、外壳组成、例如手机电池）

主要功能有：

1）过充保护功能：

过充保护功能是指在达到某个电压(以下称为过充电检测电压)时，禁止由充电器继续充电。即，将控制过充的MOS管进入关断状态，停止充电。

2）过放保护功能：

过放电保护功能是在电池的电压变低时，停止对负载放电。将控制过放的MOS管进入关断状态，禁止其放电。该过程正好与过充电检测时的动作相反。

3）过流保护功能：

过电流保护功能是在消耗大电流时停止对负载的放电，此功能的目的在于保护电池及MOS管，确保电池在工作状态下的安全性。过电流检测之后，电池与负载脱离后将恢复到常态，可以再充电或放电。4）短路保护功能：

短路保护原理同（3）注：

〈1〉保护IC：是保护芯片的核心。通过取样电池电压进行判断，发出各种指令控制

MOS管，对电芯进行管理。

〈2〉MOS管：在保护板电路中主要起开关作用

3 保护板的构成部件：

1、保护IC 

(1)锂电池的守护神---锂电池保护IC的重要性  

近年来,PDA、DSC、Cellular Phone、Camcorder、Portable Audio、Advanced Game、Assist Bicycle、Electric Scooter、Bluetooth Device，越来越多的产品急速的采用锂电池来当做它的主要电源,不外乎其:体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池、自放电率低„等优点,也因为与镍镉、镍氢电池不太一样,所以必须考虑充电、放电时之安全,确保特性劣化的防止,但也因为如此,针对锂电池的过充,过放,过电流及短路电流的保护更显得重要,所以通常都会在电池包内设计保护线路用以保护锂电池,由此可见锂电池保护IC的重要性。 

锂离子电池因能量密度高，使得难以确保电池的安全性。具体而言，在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，因内压上升而导致有发火或破裂的危机。反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性劣化及耐久性劣化(即充电次数降低)。 锂离子电池的保护电路就是要确保这样的过度充电及放电状态时的安全性，并防止特性的劣化。 

(2)保护IC发展展望

未来保护IC将进一步提高检测电压的精度、降低保护IC的耗电流和提高误动作防止功能等,同时充电器连接端子的高耐压也是研发的重点.  

在封装方面,目前已由SOT23-6逐渐转向SON6封装,将来还有CSP封装,甚至出现COB产品用以满足现在所强调的轻薄短小要求.  

在功能方面,保护IC不需要集成所有的功能,可根据不同的锂电池材料开发出单一保护IC,如只有过充保护或过放保护功能,这样可以大大减少成本及尺寸.  

当然,功能组件单晶体化是不变的目标,如目前手机制造商都朝向将保护IC、充电电路以及电源管理IC等外围电路与逻辑IC构成双芯片的芯片组,但目前要使功率MOSFET的开路阻抗降低,难以与其它IC集成,即使以特殊技术制成单芯片,恐怕成本将会过高.因此,保护IC的单晶体化将需一段时间来解决.

2、功率MOSFET 

功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。

（1）功率MOSFET的工作原理

截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。 

导电：在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子-电子吸引到栅极下面的P区表面 

当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。

4 保护板市场容量：

全球市场容量约100KK/M

1）A级市场（40KK/M ）

注：A级市场的保护IC主要的生产商有精工、理光、美之美；MOSFET主要的生产商有三洋、AO；

2）B级市场（40KK/M ）

注：B级市场的保护IC主要的生产商有富晶、新德、中星微；MOSFET主要的生产商有三合微、华瑞、南海、喧昶、茂达；

3）C级市场（20KK/M ）

注：C级市场的保护IC主要的生产商有士兰、黑森林、金微科；MOSFET主要的生产商有珠海南科、黑森林、金微科；

5 应用领域和行业客户：

1）应用领域

手机、对讲机、便携式DVD、矿灯、电动玩具、MP3/4、电动工具、数码相机摄像机、笔记本电脑、军用战术灯、测绘仪器电动自行车、电动滑板车、航模、机器人、吸尘器、各种野外勘探作业设备注：

2）行业客户

超力通、飞毛腿、海陆通、春柏、梁氏、力神、光宇、蓝微、TCL、金能、明美、新侨、超年、中之讯、亚中、讯科、讯兴、开泰、环宇、通三鹰、摩登王、威力王、鹰星、雷鸣达、飞马、太阳辉、日晖、宝达斯、华天通、超思维、凌鑫、美尔、路远、新三维、兴科、英美信、领华、科信、迪凯特、同晖、旺通、万顺通、威宝、平步。。。