锂电池保护电路的工作原理分析与应用方案
一、 锂电池保护工作原理分析锂电池在使用过程中容易出现以下问题：过充、过放、过温、过流、短路和永久性失效。因此，锂电池的应用必须增加锂电池保护电路。在锂电池保护电路中，有3个地方可以应用MOSFET：充电电路、放电电路和FUSE控制电路。
锂电池保护电路原理分析如下（以锂电池芯片R5421为例）：
R5421锂电池芯片通过检测保护电路当前的电压、电流、时间等参数来控制场效应管的开关状态。其典型应用电路如下：
R5421芯片引脚功能说明如下：
正常情况下，电路中的Cout和Dout引脚均输出高电平，充放电管理电路中的MOSFET均处于导通状态，电池可以正常充放电。下面对过充保护和过放保护电路分析如下：
1、过充电保护电路当检测到电池电压超过电压阈值时，Cout引脚电平由高电平切换为低电平，从而关闭充电电路中的MOSFET，停止对锂电池充电，并且由于MOSFET本身的体二极管，电池可以通过这个体二极管对负载进行放电；另外，从检测到电池电压超过阈值到关闭充电MOSFET需要一定的时间。这个时间是由连接到R5421芯片第4脚的输出延迟调节电容决定的。这个时间不能太长也不能太短。如果太长，保护就不起作用。如果太短，就会因干扰而造成误判。
2、过放电保护电路当电池对外部负载放电时，其电压会随着放电过程逐渐下降。当电池电压下降到电池的阈值时，电池容量已经放电完毕。此时继续放电将会对电池造成永久性损坏。当检测到电池电压低于阈值时，R5421的Dout引脚会由高电平变为低电平，从而关断放电电路中的MOSFET管，停止电池放电，起到放电保护的作用。由于MOSFET本身有体二极管，充电器可以通过这个体二极管给电池充电。
3、过电流保护电路由于锂电池的化学特性，电池最大放电电流不能超过2C（C=电池容量/小时）。当超过这个电流值时，电池将被永久损坏。
当放电电流通过两个串联的MOSFET时，由于MOSFET的导通电阻，MOSFET两端会产生电压。电压值为U=2*I*Rds。 R5421的V-引脚检测该电压。当电路环路由于其其他原因导致环路电流过大时。当电流达到V-引脚电压并大于阈值时，R5421的Dout引脚将从高电平降至低电平。此时，与放电电路串联的MOSFET将关断，切断放电电路，起到过流保护的作用。
4、短路保护电池放电过程中，如果电路中R5421引脚V-检测到的电压值达到短路判断阈值，则认为电路短路。此时，R5421的Dout引脚会迅速从高电平变为低电平，使放电电路中的MOSFET截止，放电电路被切断，从而提供短路保护。短路保护要求极高的时效性和极短的保护时间。
5、过温保护锂电池的过温保护主要是通过在电路中添加NTC热敏电阻来实现的。随着温度升高，热敏电阻的阻值会降低。当电阻下降到设定的过温保护阈值时，MCU控制关机，起到过温保护的作用。此外，一些锂电池保护方案采用热熔断器进行过温保护。但由于热熔断器受外界影响较大，很容易引起故障。另一种过温保护是通过在电路中串联PTC/MHP自恢复保险丝来保护电池。当温度急剧升高时，PTC/MHP保险丝变为高阻状态，阻碍电池的充放电。
以上五大保护功能是锂电池保护电路所必需的。其中过充、过放、过流和短路保护都需要MOSFET的参与。根据不同的应用需求，所需的MOSFET Vd/Id也不同。下面我们将总结一下我司目前用于锂电池保护的MOSFET。
二、 锂电池保护方案比较1、保护IC + MOSFET+保险丝保护IC+MOSFET管组合，具有过充、过放、过流、短路保护功能。 FUSE是为了防止过温问题。 FUSE有热熔断器、普通电流熔断器、慢熔断电流熔断器三种。热熔断器可以更好地保护电池芯免受热引起的火灾和爆炸，且成本较低。但由于电流大小、环境温度、电路板温度和电池芯温度等因素，很容易导致热熔断器误动作。热熔断器的不可恢复特性使得该方案的应用具有一定的局限性。
普通电流保险丝成本低廉，但由于无法感知电芯温度，在电池短路时很容易熔断保险丝，导致电池报废。该方案用于低端锂电池。
慢熔断电流保险丝的动作时间比保护IC+MOSFET管组合的过流保护时间长。这样保证了保护IC+MOSFET管组合作为有源器件的一级保护，在过流时不会触发电流熔断器动作。该方案对电芯的过充保护效果较差。
2、保护IC+MOSFET+PTC/MHP
为了保证初级保护（保护IC+MOSFET管）失效时锂电池能够安全充放电，电路中增加了一组无源保护元件，并采用可恢复保险丝（PTC或MHP）来检测电芯温度。当温度异常升高时，PTC或MHP立即呈现高阻状态，阻碍电池的充放电，从而防止锂电池起火和爆炸。
3、双保护IC+MOSFET采用双有源器件保护可以提高保护元件的可靠性，降低保护元件的失效概率，但这种保护在过温保护方面并不完善。
无论何种原因，锂电池起火、爆炸的表现都是电池温度急剧升高。如果没有被动元件（PTC/MHP）来感知电池温度，即使双重保护也无法防止电池起火和爆炸。
双重保护电路大大降低了过充、过放、短路等发生的概率，但对电池本身存在的问题没有任何影响。
综合以上方案对比，保护IC+MOSFET管+PTC/MHP保护方案可以更有效地防止锂电池起火、爆炸。该方案应用最广泛，性价比最高。
三、 适用于锂电池保护方案应用的新洁能沟槽型低压MOSFET双N 16-20V 塑料系列：
双N 12-20V CSP 系列：
N 30/40V中大功率系列：
