两串7.4V和8.4V锂电池保护板专用芯片,外围仅需2颗MOS管
7.4V/8.4V锂电池保护板怎么搭?PW7120方案实测分享
——平芯微PW7120两节串联锂电池充放电保护IC应用笔记
为什么7.4V锂电池一定要加保护板?
7.4V锂电池组通常由两节18650圆柱电芯或聚合物电芯串联而成,标称电压7.4V,满电电压8.4V。这类电池在蓝牙音箱、电动工具、无人机、矿灯、手持终端等场景里非常常见。但锂电池本身化学活性高,一旦出现过充、过放、过流或短路,轻则鼓包漏液,重则起火爆炸。所以给每一组7.4V/8.4V电池配上一颗靠谱的锂电池保护板芯片,是必须要做的安全措施。
平芯微(PWCHIP)推出的PW7120就是针对这个需求设计的。它是一颗CMOS工艺的充放电保护IC,把过充电、过放电、过电流、短路这四大保护集成在一个SOT23-6小封装里,外围只要配几颗功率MOSFET,就能搭出一套完整的两节串联锂电池保护板方案。
PW7120核心保护功能一览
PW7120采用SOT23-6封装,在两节串联锂电池保护芯片里算是应用很广的一款。它的保护逻辑比较清晰,关键参数如下:
· 过充电保护:只要任意一节电芯电压超过典型值4.28V,PW7120就会关断充电MOSFET,切断充电回路,避免电池被充到危险电压。
· 过放电保护:当任意一节电芯电压降到典型值2.8V以下时,PW7120关断放电MOSFET,停止对外供电,防止电芯过放造成不可逆损伤。
· 过电流保护:放电电流超过设定阈值并持续一段时间后,芯片自动关断放电MOSFET,保护电池和负载。
· 短路保护:输出端一旦短路,PW7120能在微秒级时间内关断放电MOSFET,避免瞬间大电流烧毁电芯。
· 0V电池充电:支持对完全放空的电池进行涓流恢复充电,兼容性更好,维修和再利用更方便。
四种常见电路方案选型
实际做板子时,持续放电电流不同,MOSFET的选型和数量也不同。下面是几种常用的组合方案,可以根据自己的产品需求直接参考。
方案一:PW7120 + PW8205A x3,4.5A持续放电
适合中等功率设备,比如普通电动工具、手持终端等需要4~5A持续电流的2S应用。
电路配置:PW7120保护IC + 3颗PW8205A8TS MOSFET并联,TSSOP8封装。这样搭出来的板子过流保护阈值约13.5A。多颗MOSFET并联可以降低整体导通电阻,既提升持续电流能力,也改善散热表现。

方案二:PW7120 + PW4406A x2,3A持续放电
适合DIY手工焊接或小批量试产。SOP8封装的PW4406A引脚间距大,烙铁手焊比较友好。
电路配置:PW7120保护IC + 2颗PW4406A MOSFET,SOP8封装。过流保护阈值约7A,对于3A左右持续放电的应用来说余量足够。

方案三:PW7120 + PW4406A x4 + PW2213均衡,6A持续放电
适合对电池组品质和循环寿命要求较高的产品,比如高端电池组、户外电源、医疗设备等。
电路配置:PW7120保护IC + 4颗PW4406A MOSFET(SOP8封装)+ PW2213电池均衡芯片。过流保护阈值约14A。PW2213可以在充电过程中把两节电芯的电压拉平,避免长期循环后压差越来越大,显著延长电池组寿命。

方案四:PW7120 + PW80N03 x4,15A大电流放电
适合大功率场景,比如电钻、角磨机、电动滑板车、高亮度矿灯等15A以上持续放电的2S应用。
电路配置:PW7120保护IC + 4颗PW80N03 MOSFET,TO252大功率封装。过流保护阈值约30A。TO252封装散热能力强、导通电阻低,扛得住15A级别的大电流。

保护板 + 充电管理综合方案
在实际产品里,锂电池保护板通常还要和充电管理电路配合使用,才能组成完整的充放电管理系统。下面这套组合方案已经验证过,可以直接套用。

简单说,充电输入不同,充电IC也不同:USB 5V场景可以用升压型PW4584A或效率更高的PW4253;PD/QC快充建议用升降压型PW4000;12V适配器用降压型PW4084;24V电源用PW4242。所有这些方案都统一搭配PW7120保护IC + PW4406A MOSFET组成标准保护板。
三节串联锂电池保护方案(PW7126 / PW7127)
如果项目用的是三节串联锂电池(3S,标称11.1V,满电12.6V),平芯微也有对应的保护芯片。
· PW7126:三节串联锂电池保护IC,功能和PW7120类似,支持3A到15A多种电流等级配置。
PW7127:在PW7126基础上增加了NTC温度监测,当电池温度异常时主动切断充放电回路,安全等级更高。

3S方案的充电管理芯片搭配也类似:USB 5V输入可以选PW4053A或PW4053A-N升压到12.6V;PD/QC快充用PW4000升降压;24V输入用PW4243降压。
电路设计要点
画7.4V/8.4V锂电池保护板PCB时,有几个细节不注意容易出问题:
· MOSFET选型原则:PW8205A(TSSOP8)每颗大约扛1.5A持续电流;PW4406A(SOP8)每颗约1.5~2A;PW80N03(TO252)每颗可扛4~5A。需要更大电流时,就并联多颗MOSFET。
· 均衡芯片PW2213要不要加?如果两节或三节电芯容量有差异,长期循环后压差会越拉越大,最后导致某节电芯先过充或过放,触发保护。加PW2213可以把压差消除,明显延长电池组寿命。建议电池容量超过3000mAh,或者循环次数要求大于500次的产品都加上。
· PCB布局:保护IC尽量靠近电池端;MOSFET的源漏极走线要够宽,按每安培≥0.5mm线宽来估算;均衡电阻附近要留够散热铜皮。
典型应用场景
7.4V/8.4V锂电池保护板方案的应用范围很广,常见产品包括:便携式蓝牙音箱、电动工具(电钻、螺丝刀、热熔胶枪)、无人机电池组、矿灯与户外照明、手持PDA终端、便携式医疗仪器、电动玩具、航模飞行器、移动电源、GPS追踪器等。
