楊冬冬+劉浩天+周英杰+陳耀祖+鄧輝

摘 要：隨著電腦在家庭的普及，人們對(duì)電腦性能的要求也越來(lái)越高。同樣的價(jià)格，臺(tái)式機(jī)的性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于筆記本電腦，相比于筆記本電腦而言，臺(tái)式機(jī)顯得笨重，攜帶不方便，沒(méi)有可移動(dòng)的電源可以供電。創(chuàng)意改進(jìn)的想法油然而生，逐漸完善臺(tái)式機(jī)的性能，如給臺(tái)式電腦加裝可循環(huán)充電的鋰電池。該文主要從臺(tái)式電腦電池起保護(hù)作用的電子元件和PCB板的系統(tǒng)保護(hù)電路來(lái)闡述臺(tái)式電腦電池的保護(hù)控制。

關(guān)鍵詞：臺(tái)式電腦電池；過(guò)充電保護(hù)；過(guò)電流保護(hù)；過(guò)溫保護(hù)

文章所設(shè)計(jì)的臺(tái)式電腦主機(jī)箱，主要是在里面安裝一塊可循環(huán)充電的鋰電池。臺(tái)式機(jī)使用的是交流電，這就需要在鋰電池的電源輸入端安裝一個(gè)電源適配器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電給鋰電池充電，然后在鋰電池的電源輸出端用單片機(jī)裝置控制直流電轉(zhuǎn)化成交流電來(lái)給電腦進(jìn)行供電。接上電源，這樣鋰電池就能一直得到持續(xù)充電，即使突然斷電后，鋰電池會(huì)自動(dòng)給臺(tái)式電腦供電，臺(tái)式電腦繼續(xù)工作，人們?cè)僖膊挥脫?dān)心沒(méi)有保存的文件會(huì)丟掉了以及經(jīng)濟(jì)上的損失等等。

1 系統(tǒng)組成

鋰電池充電過(guò)程中報(bào)警裝置會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電池是否充滿電，待鋰電池充滿電后，電源就會(huì)直接給臺(tái)式電腦供電。電源突然斷電后，主控MCU發(fā)出信號(hào)，鋰電池通過(guò)單片機(jī)模塊給臺(tái)式電腦繼續(xù)供電，電腦的顯示屏上會(huì)顯示鋰電池的電量使用情況。

2 臺(tái)式電腦鋰電池組的保護(hù)功能元件

在臺(tái)式電腦的電池中，除了用有保護(hù)功能的電路板實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能外，還增加了有獨(dú)立保護(hù)功能的電子元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。

2.1 過(guò)流保護(hù)功能

一般在電池組的負(fù)極輸出端串聯(lián)自恢復(fù)式熱敏電阻Polyswitch LR730，當(dāng)電流流向負(fù)極時(shí)，在Polyswitch上產(chǎn)生的溫度為40℃，電流超過(guò)13A或是常溫下超過(guò)16A，這個(gè)PTC元件就會(huì)在幾秒鐘內(nèi)由之前的低阻狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，將電流限制到足夠小的范圍內(nèi)，起到過(guò)流保護(hù)的作用。當(dāng)過(guò)電流問(wèn)題解除后，熱敏電阻可以自行恢復(fù)到初始低阻狀態(tài)。

2.2 過(guò)溫保護(hù)功能

由于鋰電池充放電時(shí)是發(fā)熱的，當(dāng)負(fù)載短路或其它異常放電情況，而保護(hù)電路失效，在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很大的電流，使得電池內(nèi)部溫度急劇升高，在極短的時(shí)間內(nèi)引發(fā)一系列的劇烈反應(yīng)，此時(shí)是非常危險(xiǎn)的危險(xiǎn)的，必須切斷電流，在電池組中間串聯(lián)一個(gè)溫度保護(hù)器件，溫度保險(xiǎn)絲Thermal fuse顯得尤為重要。將它用導(dǎo)熱膠緊貼在電池表面，感受電池的溫度，當(dāng)電池組發(fā)生異常溫度達(dá)到或超過(guò)98℃，溫度保險(xiǎn)絲立即熔斷，并且不可以恢復(fù)，從而起到保護(hù)作用。

3 臺(tái)式電腦電池的保護(hù)電路

鋰離子電池的安全性問(wèn)題不僅與電池的材料本身性質(zhì)有關(guān)，如過(guò)充電，短路，熱沖擊和機(jī)械沖擊等對(duì)鋰離子電池的安全性能產(chǎn)生影響。鋰離子電池由于其化學(xué)性能劇烈，在加工電池組時(shí)，會(huì)用一個(gè)比較完備的保護(hù)電路對(duì)其充電，放電過(guò)程予以保護(hù)。

3.1 電路中的過(guò)充保護(hù)

文章設(shè)計(jì)的鋰電池組，在恒壓模式下，一般經(jīng)過(guò)3個(gè)小時(shí)左右的充電，就會(huì)達(dá)到充飽狀態(tài)。如果這時(shí)不切斷充電電源繼續(xù)充電，電池的電壓會(huì)隨著不斷流入的充電電流而升高，雖然這時(shí)候的充電電流很小，但如果不切斷充電電路，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象，導(dǎo)致電池過(guò)熱內(nèi)部由于氣體膨脹出現(xiàn)爆炸等危險(xiǎn)。所以，需要有保護(hù)功能的電路板，采用專(zhuān)門(mén)的電池保護(hù)芯片，如MM1414、S-8254、BQ29311、BQ29312等，我們以MITSUMI的MM1414芯片為例，MM1414芯片可對(duì)多達(dá)4組電池的電壓進(jìn)行采樣和監(jiān)測(cè)，PIN15-PIN18為電池電壓采樣的PIN，當(dāng)采樣到的單租電壓超過(guò)4.35±0.25V，即整個(gè)電池組的電壓超過(guò)12.7V時(shí)，MM1414PIN10V就會(huì)因過(guò)壓由高電位轉(zhuǎn)換為低電位，從而起到了過(guò)充保護(hù)功能。

3.2 電路中的過(guò)流保護(hù)

當(dāng)鋰電池的負(fù)載出現(xiàn)短路或其他的故障，電池會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的電流進(jìn)行放電，是非常危險(xiǎn)的狀態(tài)，必須立即斷開(kāi)放電通路。過(guò)流檢測(cè)通過(guò)MM1414 PIN3CS接到放電MOS與充電MOS中間的一個(gè)取樣電阻上，來(lái)檢測(cè)放電MOS源極和漏極的壓降，當(dāng)電流超過(guò)16A，PIN5 DCHG將輸出高電平，將放電MOS關(guān)閉，停止放電。過(guò)流控制的檢測(cè)死區(qū)的時(shí)間，可以通過(guò)PIN8 COL這個(gè)輸入接口，對(duì)地接一個(gè)電容來(lái)進(jìn)行控制。

3.3 MOSFET管過(guò)溫保護(hù)

電池工作的時(shí)候，電流會(huì)流過(guò)電路中的兩組MOSFET管，一般電路會(huì)接有四個(gè)MOSFET，每對(duì)MOSFET并聯(lián)，分擔(dān)流過(guò)的電流。由于工作過(guò)程中，MOSFET會(huì)發(fā)熱甚至被擊穿，一般會(huì)在電路的輸出端串聯(lián)一個(gè)139℃溫度保險(xiǎn)絲。用導(dǎo)熱膠將溫度保險(xiǎn)絲固定在兩對(duì)MOSFET的表面，當(dāng)MOSFET管表面的溫度超過(guò)139℃的時(shí)候，這時(shí)電路一般已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障，電路的保護(hù)功能失控，必須立即切斷通路，串聯(lián)在電路與負(fù)載之間的溫度保險(xiǎn)絲熔斷，并且不可恢復(fù)，保護(hù)了臺(tái)式電腦電池的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

文章介紹了臺(tái)式電腦安裝鋰電池的新思路，鋰聚合物電池主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、能量密度高、自放電率小、安全性能好，不易產(chǎn)生漏液和燃燒爆炸，抗過(guò)充性更好。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，臺(tái)式電腦電池的保護(hù)功能也逐漸升級(jí)，為消費(fèi)者提供的功能越來(lái)越強(qiáng)，安全性能越來(lái)越高的產(chǎn)品也是臺(tái)式電腦電池開(kāi)發(fā)所追求的最終目標(biāo)。

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