基于ICL7107的锂电池保护板漏电流测试仪

引言

在便携式应用场合，迫切需要有容量高、体积小、重量轻的电池。目前，在一次、二次电池中，锂电池已经取代镍镉、镍氢电池得到了广泛的应用。但锂电池存在“对过充电、过放电的耐受力差”的缺点，所以，锂电池都必须配有保护电路板，对锂电池的过充电、过放电起保护作用。保护板由锂电池供电，正常耗漏电流为2μA~3μA，如果保护板的漏电流超过5μA，将引起电池存储寿命缩短，严重时可使电池损坏。因此，迫切需要一种测试仪对锂电池保护板漏电流进行检测。

本研究利用集成电路ICL7107设计锂电池保护板漏电流快速检测仪。

1、保护电路漏电流过大的危害分析

1.1、保护电路分析

锂电池保护电路原理图如图1所示。图中U1采用日本理光R5421N151F锂电池保护芯片，U2采用三洋FTD2017金属氧化物半导体管（MOST）。当锂电池在工作过程中出现过充、过放、过流、短路等异常情况时，U2作为开关器件，将迅速切断电路，以保证锂电池的安全。

图1 锂电池保护电路原理图

1.2、产生漏电流的环节

由图1可知，锂电池保护电路产生的漏电流包含以下3个环节：①电容C1产生的漏电流;②R5421N151F芯片的内部工作电流;③FTD2017金属氧化物半导体管产生的漏电流。

当电容C1产生过大的漏电流，或R5421N151F芯片异常产生过大的内部工作电流，或FTD2017晶体管G-S静电击穿，或PCB线路板铜箔因距离近引起走线短路时，保护电路将产生过大的漏电流。

1.3、漏电流过大的危害分析

从图1可知，保护板接在电池两端。当保护板自身漏电流过大时，一方面保护板本身无法对系统起有效保护作用;另一方面将使锂电池存储寿命缩短，严重时可使电池损坏。据统计，保护板漏电流过大，约占总量3‰左右。由于保护板漏电流过大具有很大的隐蔽性，一般须经3~6个月的使用后才能发觉，如锂电池的价格以20元/块、产量以10000块/天计算，将造成锂电池生产厂家每天600元的损失，一年将产生20万元的退货，并造成负面的信誉影响。

2、保护板漏电流测试原理分析

2.1、测试仪工作原理

测试仪由基准电路、测试电压电路、比较电路、数显312/微安表、报警电路等部分组成，其原理图如图2所示。

图2 保护板漏电流测试仪原理图

基准电路：R1，DW1组成2.5V的低温飘高稳定电压信号源，经R2，W1分压，得到约5mV的基准电压。基准电压加比较电路LM358的反相输入端。

测试电压电路：本测试仪按锂电池的工作电压为4.2V设计，经DW2稳压，通过调整W2获得4.2V电压，作为保护板测试电压。

保护板测试用电压通过OUT+，OUT-插座和测试表笔，加到保护板两端，保护板漏电流通过电阻R7产生一个电压降：

UR7=I漏×R7=XμA×（1×103）Ω=XmV（假设漏电流为xμA）

漏电流在电阻R7上产生的电压降，同时通过电阻R3，电容C4滤波，加在LM358的同相输入端，与5mV的基准端比较，当漏电流较大，在R7上形成的压降超过5mV，LM358的同相输入端电压超过反相输入端，输出端电位变高，驱动9013，带动蜂鸣器产生声音告警信号。