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MOS（COUT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MOS（DOUT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(Q1+Q2)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
• MOS（Q1+Q2）管导通时，流过的电流会在MOS(Q1+Q2)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) (Q1+Q2))
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 x4，TO252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。
