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7串锂电池保护板详细设计说明 技术指标 最大工作电流：15A 过充保护电压：4.25V 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 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： 模拟前端 充放电采样电阻及开关 单片机 唤醒电路 单片机外围接口 模块说明 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） 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，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： 图2 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。 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 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。 图4、唤醒电路 单片机外围接口 单片机