一、技术指标
•过充恢复电压：4.15V
•过放保护电压：2.8V
•过放电恢复电压：3V
•睡眠电压：2.5V
•均衡误差：50mV
•均衡电流：100mA
•放电保护电流：25A
•放电过流保护延时：10ms
•充电保护电流：5A
•充电过流保护延时：10ms
•短路保护电流：60A
•短路保护延时2ms
•充电/加负载唤醒
•充放电温度保护：留功能接口
•睡眠静态电流：10uA
•保护器内阻：＜15毫欧
•参考尺寸：L80*W58*H27mm
二、方案选择
根据以上的指标，选择intersil公司的电池管理芯片ISL9208作为模拟前端芯片，控制 器芯片使用PIC公司的PIC16F688单片机。框图如下图所示： 图1、结构框图 功能模块主要包括：
1.模拟前端
2.充放电采样电阻及开关
3.单片机
5.单片机外围接口
三、模块说明
1.模拟前端
模拟前端芯片使用intersil公司的ISL9208,它是针对5-7串的电池管理芯片。提供完 善的过流保护电路、短路保护电路、3.3V稳压器、电池均衡控制电路、电池电压转换和冲 放电FET驱动功能；同时过流保护和短路保护的电流值及延时时间均可编程；控制器可以 通过I2C
接口设置各寄存器的值。ISL9208通过使用内部的模拟开关，为带有AD转换的微 控制器提供电池电压和内外温度管理。芯片特点有：
•软件可编程过流阈值和保护时间。
•快速短路保护
•三种场效应管控制方式
>背对背的充放电MOS控制
>单一放电MOS控制
>充放电MOS单独控制
•集成充放电MOS驱动电路
•3.3V稳压输出，精度是10%
•I2C 接口
•内部集成均衡MOS,最大均衡电流200mA。
•可编程上升沿或下降沿唤醒
•睡眠电流＜10uA
•工作电压2.3V〜4.3V （不适合磷酸铁锂）
2.充放电采样电阻及开关
充放电的采样电阻使用康铜丝制作。放电端采样电阻为4毫欧，使用2根1.2mm的康 铜丝并联而成。充电端采样电阻为20毫欧，使用1根0.8mm的康铜丝。
放电端使用1个NMOS芯片，由ISL9208放电MOS控制脚控制。芯片使用IR公司的 IRF1404,特性有：
•D、S击穿电压40V
•导通电阻4毫欧
•最大连续工作电流162A
•最大脉冲电流650A
充电MOS使用2个NMOS芯片，分别由ISL9208的充放电MOS控制脚控制。芯片使 用IR公司的IRF7469锂电保护芯片,特性有：
•D、S击穿电压40V
•导通电阻17毫欧
•最大连续工作电流9A
•最大脉冲电流73A
驱动电路如图2所示：
R27和R28的作用消除电路中可能产生的过冲振荡；D1是为了防止电流灌入ISL9208 的CFET管脚；D3的作用是保护Q23的G和S不超过20V。
充电器短路保护使用自恢复保险丝完成。
3.单片机
单片机使用PIC公司的PIC16F688,这是一颗8位的高性能RISC单片机。特点有：
•4K 字 flash, 265 字节 SRAM, 256 字节 EEPROM。
•运行速度从0〜20M。
•8级的硬件堆栈。
•2V〜5.5V工作电压
•8通道10位AD转换。
•一路 UART。
•在线串行编程，接口使用ICSP协议
•内部8M时钟发生。
•带看门狗
•低功耗设计，旁路电流小于1uA，正常工作电流小于2mA。
在保护板中单片机完成的任务主要有：
•定时采集电池电压，并对欠压及过压做出相应反应
•充电状态判断
•均衡控制
•读取过流标志，并相应动作
单片机的供电使用ISL9208提供的3.3V电压，出于功耗上面的考虑，在几个方面对单 片机的外围电路进行了优化：
•单片机工作在工作和睡眠交替的方式。0.2S工作，睡眠2.4S。
•所有单片机的输入IO 口都外接上拉或下拉电阻以降低睡眠电流。
•对AD的2.5V参考电压使用PMOS进行开关控制，电路如图3所示。基准源由TL431 产生，VREF_CTRL是开关信号，低电平有效，VREF是TL431的电压输出。由于 PIC16F688的参考电压输入脚和ICSP编程的CLK脚是共用的，为了使编程能够顺利完 成，电路中串联了 R58, C15是消除参考电压通道上的噪声。
图3
4.唤醒电路
唤醒电路包括2个，分别是负载唤醒和充电唤醒电路。电路如图4所示：图中P-连接 的是负载的负极，C-连接的是充电器的负极，B+连接的是电池的正极，WKUP是唤醒信号， 下降沿有效，且低电平的时间要求大于20ms （消除工频干扰）。
工作原理：在睡眠的时候充放电MOS管均衡处于关闭状态，因此P-和C-管脚均没有 被电压驱动。当有电阻连到P+和P-之间的时候，Q25的B极就会产生一个上升沿脉冲，从 而是WKUP出低脉冲。当有电阻连到C+和C-之间的时候，Q25的B极会产生一个高电平， 从而使WKUP出低。当有电压连到C+和C-之间的时候，Q26的E极会出负的电压，从而
使WKUP出低。
| 屏 |
| | | | | | | | R31 | | | |
| { R75 | Q25 MMBT5551 | | | | | Q2S < MMBT5551 产 | | | | |
| | | | | __ | D7 1NI414B | | | | 1 | R7S |
| | | | ：2OTK | | < | | R79 | , | ci_L 1N4^ | |
| | | | | | | | | | | |
| | | R75 _ 2OTK - | J17 _C31 F・ 105 1 | | ( R77 < \ 200K < | :俨 | | J19 | | |
| | | | u | | | | | j | | |
| | | | | | | | | | | |
图4、唤醒电路
5.单片机外围接口
单片机的外围接口有4芯的串口和6芯的烧写口。
串口主要用来与上位机的通信，通信内容有各节电池电压及各项技术指标。串口设 置：波特率9600，一个停止位，无奇偶校验。
四、总结
1.散热
由于保护板处在一个空气相对静止的环境下，因此散热是较难做好的指标。电路中有几 个发热元件，主要有放电支路MOS管，放电支路康铜丝，均衡电阻和PCB线路上的温升。 其中康铜丝的温度最为严重。以下是总结的经验：
•在用PCB铜箔作为散热的条件下，放电支路的MOS管的热阻（结点到环境）一 般可以做到20〜30℃/w之间，因此设计时尽量不要让MOS的功率超过2W。
•PCB的铜箔厚度使用2OZ，不但有利于降低线路阻抗，同时有利于散热。
•均衡电流不宜超过100mA。实测2512封装的电阻在100mA均衡电流的情况下温 升达到20°。
•康铜丝的本身的热阻较大，他最好是通过铜箔为他散热。
•实测康铜丝正极焊盘的温度会比负极焊盘的温度高，因此加大正极焊盘面积比加大 负极焊盘面积更有意义。
•在有过大电流的线路，最好都背面铺焊锡，以减小线路阻抗。
2.改进
•PCB的铜箔厚度改用2OZ。
•加大放电支路康铜丝正极焊盘的面积，使用背面散热。
•加大放电支路MOS管的散热面积，使用正面散热。
•充电康铜丝原先接到B-的管脚改连接到放电康铜丝的正极焊盘，这样有利于在充 电支路短路的时候做保护。
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