2串双节锂电池保护IC深度解析PW7120/PW7121工作原理MOS选型注意事项充电二合一参考设计2串双节锂电池7.4V/8.4V是目前使用最广泛的多串电池组合广泛用于蓝牙音箱、小风扇、电动工具、LED灯具、智能家居等产品。保护IC是电池安全的核心今天把平芯微的PW7120和PW7121两颗双节保护IC从工作原理到应用设计全部讲透。一、芯片选型PW7120 vs PW7121两颗芯片都是专用于2节锂电池的保护IC集成过充、过放、过流、短路四重保护差异在于NTC温度保护PW7120 — 基本型双节保护IC封装SOT23-6保护功能过充 / 过放 / 过流 / 短路NTC保护无工作电流极低微安级外围器件极简2颗电容 2–3颗电阻适用大部分双节锂电池产品对温度保护无特殊要求的场景PW7121 — 带NTC过温保护的双节IC封装SOT23-6保护功能过充 / 过放 / 过流 / 短路 NTC过高温保护NTC保护支持外接NTC热敏电阻NTC触发逻辑当电池温度超过设定阈值自动关断充放电MOS温度回落后自动恢复适用大电流充放电、封闭空间发热大、高温环境工作、安全等级要求高的产品如电动工具、定制电池包二、PW7120的充电电压和放电电压保护原理PW7120内部集成高精度电压检测比较器通过监测每节电芯的电压来决定是否触发保护。检测方式• VDD引脚接电池组总正极B• VC引脚接两节电芯中点第1节正极 第2节负极• VSS引脚接电池组总负极B-• 第1节电芯电压 VC- VSS• 第2节电芯电压 VCC – VC过充保护充电电压保护• 当任意一节电芯电压 ≥ 过充检测阈值典型4.28V且持续超过延时时间• 芯片关断充电控制MOSCOUT引脚拉低切断充电电流• 当电压回落到过充释放阈值典型4.08V时自动恢复充电• 检测精度±25mV确保不会因误差导致充不满或过充过放保护放电电压保护• 当任意一节电芯电压 ≤ 过放检测阈值典型2.8V且持续超过延时时间• 芯片关断放电控制MOSDOUT引脚拉低切断负载电流• 当电压回升到过放释放阈值典型3.0V时自动恢复放电• 过放后电池进入低功耗休眠状态避免电芯被彻底放空三、PW7120的过放/过充电流保护原理PW7120的过流保护是通过检测MOS(Q1Q2)管源极和漏极之间的电压降VDS来实现的不需要外部采样电阻。这是PW7120与三串PW7126的主要区别。过流检测原理• MOSQ1Q2管导通时流过的电流会在MOS(Q1Q2)内阻RDS(on)上产生电压降• PW7120内部比较器实时监测这个电压降• 当VDS电压降 过流检测阈值VEDI时触发过流保护• 实际过流点 VEDI(0.2V) / RDS(on)总过流保护电流 A VEDI 0.2V / (RDS(on) (Q1Q2))放电过流保护• 当负载电流过大MOS管VEDI超过阈值触发放电过流保护• 芯片关断放电MOS Q2切断负载电流• 延时一般为毫秒级避免启动琬流误触发充电过流保护• 当充电电流过大同样通过MOS VEDI检测触发• 芯片关断充电MOS Q1切断充电电流• 充电过流阈值一般与放电过流阈值相同由同MOS管决定短路保护• 短路时电流极大超过流阈值• 短路保护响应时间极短微秒级比过流保护更快四、MOS管选择由于PW7120的过流保护直接依赖MOS管的RDS(on)所以MOS选型直接决定了保护板的持续电流和过流保护点。MOS选型要求• VDS耐压 ≥ 10V双节电池满充电压8.4V建议耐压∕20V• RDS(on)尽可能小减少导通损耗和发热• ID持续电流满足产品最大工作电流• 封装根据空间和散热选择SOP8或TO252选型逻辑• 持续3A以内音箱/灯具/小家电→ PW4406A x2成本最低• 持续6A中等功率→ PW4406A x4• 持续15A大功率电动工具→ PW80N03 x4TO252大面积散热五、PW7120设计注意事项VM引脚电阻不能省电容不能省、位置要近VDD和VC引脚各需一0.1uF滤波电容尽量贴近芯片引脚VSS走线要短远离大电流走线否则可能被干扰导致误触发保护。MOS管并联时注意对称布局多颗MOS并联时PCB布局要对称确保每颗MOS的走线长度、线宽一致否则电流分配不均某颗MOS过热损坏。充放电共用P/P-时注意电流方向PW7120内部是背靠背MOS架构充电和放电分别由不同MOS控制。P/P-共用端口时两个MOS同时导通分别控制充/放方向。设计时确认MOS的D、S方向不要接反。温度影响RDS(on)过流点会漂移MOS管RDS(on)随温度升高而增大导致实际过流保护点在高温时会降低。设计时要考虑最差温度下的最小过流保护电流确保不会在正常工作时误触发。六、与充电电路二合一参考设计PW7120保护IC可以与多款充电IC搭配实现充电保护二合一设计。以下是5套经过实测的参考设计方案二合一连接方式• 充电IC输出接保护板P、P-充放电共用端口• 保护板B、B-、VM分别接电芯正极、负极、中点• 充电时电流经过保护板MOS管PW7120实时监测过充时自动切断• 充电IC自带OVP PW7120过充保护 双重安全保障总结2串双节锂电池保护IC的核心就是PW7120或需要温度保护时选PW7121内部集成电压检测电流检测控制逻辑外围只需要电容、电阻和MOS管就能实现完整的四重保护。搭配充电IC可以做成二合一板子一块板解决充电和保护。