两串锂电池保护板电路图中充电与放电路径

两节串联锂电池保护板：芯片选型、电路连接与充放电原理详解
核心芯片：PW7120

先说说这块保护芯片到底在管什么。它主要做三件事：第一是过充保护，只要两节电池里任何一节电压冲得太高，芯片就会切断充电回路，避免电池过热起火；第二是过放保护，当任何一节电池电压掉到安全值以下，芯片会断开放电回路，防止电芯过放损坏；第三是过流和短路保护，一旦输出端短路或者电流超过设定值，芯片会立刻关断，保护电池不被
大电流烧毁。整个保护板电路的关键点可以归纳为以下几点。首先必须明白为什么要外接MOS管——芯片本身只负责判断和发号施令，相当于“大脑”；真正去拉闸断电的是MOS管，相当于“肌肉”或者开关。其次要搞清楚电流怎么走。充电时，电流从充电器正极进入P+，经过电池组正极、电池组负极，再依次穿过MOS管Q2、MOS管Q1，最后从P-回到充电器负极。放电时则反过来，从电池组负极出发，经过Q2、Q1，到达P-和负载正极，再回到电池组正极。后面还会讲到保护板怎么和充电电路、均衡电路配合。

常见的两节锂电池保护板通常是直接做在电池包内部的，对外只引出两根线，就像图里那个电池包一样。它的核心功能不外乎这几项。第一项是过充保护，充电时芯片会盯着电压，一旦发现电压太高就切断回路，避免电池鼓包、发烫甚至起火。第二项是过放保护，电芯电压如果掉到0V或者过低，继续放电会让电池发热、鼓包，严重时再充电也很危险。第三项是过流和短路保护，芯片会把放电电流和充电电流限制在设定范围内，比如2A、10A、20A，具体看选型；一旦输出端短路、接反或者其他异常，保护板会立刻断开。

再看正常充电时的电流路径。电流从充电器正极进入P+，依次经过电池正极、电池负极、MOS管Q2、MOS管Q1，最后从P-回到充电器负极。这里可以把Q2看作开关1，Q1看作开关2，两个开关是串联的，只要其中一个断开，整条回路就断了。

这两个MOS管分别受芯片不同引脚控制。1脚是放电控制，负责过放保护；一旦检测到电池过放，Q2就会断开。2脚是充电控制，负责过充保护；一旦电压过高，Q1也会关断。因为两个MOS管串在一起，任意一个断开都会让电路彻底断开。3脚VIN则是过流和短路检测脚，它通过检测Q1两端，也就是MOS管内阻上的压差来判断电流是否异常。原理很简单，欧姆定律：压差等于内阻乘以电流。当电流过大时，内阻上的压差就会超过阈值，芯片据此触发保护。

另外，芯片通过5脚和4脚组合检测第一节电池的电压，通过4脚和6脚组合检测第二节电池的电压，这样就能分别监控两节电芯的过充和过放情况。

下面说充电电路怎么和保护板对接。其实只要把充电芯片的P+、P-对应接到保护板的P+、P-就行，这两组端子就是充放电的公共接口。图上给出了两种充电方案，可以任选其一。右边标注1A的是输出电流，左边标注1A、下面标注1.7A的是不同充电电流档位，这款芯片最高支持到2A，电流越大充电越快。右上角圈出来的是USB 5V升压输入。

另一种是12V输入降压到8.4V的方案，同样支持2A左右，接线还是P+接P+、P-接P-。

举个例子，第一节电芯4V，第二节3.7V，串联充电时如果整体充到4.2V截止，第一节可能已经达到4.2V，第二节却只有3.9V。此时芯片检测到过充，会切断充电开关，导致整个回路断开。充电IC那边一直检测不到电池，就以为电池没接上，充电就中断了。

均衡电路的作用就是解决这种小压差问题。比如一节4.1V、另一节4.0V或4.09V，压差不大的时候，均衡电路会给电压高的那节电池并联一个阻值较大的电阻来消耗多余电量。当第一节先冲到4.2V时，芯片打开均衡MOS，把这部分能量通过电阻泄放掉，电阻会发热，所以均衡电流一般不能设太大。此时第二节还在4.18V以下，继续充电。这样循环几次之后，两节电池的电压就慢慢对齐了。

关于Q1、Q2的选型，常见封装有SOT-23-6、SOP-8、TO-252等。选MOS管主要看内阻。过流检测还是利用Q1、Q2内阻上的压差：假设内阻为R，电流2A，压差就是R×2A。保护阈值通常设为0.2V，所以过流点I=0.2V÷R。如果想让过流点更大，除了换更低内阻的MOS管，也可以把两个MOS管并联，并联后等效内阻会变小。

总之，两节锂电池保护板的核心就是通过P+、P-这两个公共端子，分别完成充电和放电的保护控制。