配合移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用充電新趨勢(shì)的保護(hù)解決方案

為便攜式產(chǎn)品的電池充電有幾種方式。以手機(jī)為例，我們可以利用墻式適配器或者其它充電設(shè)備充電，這種方式提供的電流可以達(dá)到2A，墻式適配器產(chǎn)生的高壓有可能達(dá)到30V；也可以通過USB線來進(jìn)行充電，它可以提供500mA的充電電流，但是USB線上的高壓也有可能達(dá)到20V；同時(shí)，我們也可以通過手機(jī)對(duì)附件進(jìn)行供電，比如調(diào)頻收發(fā)器等外部附件。加強(qiáng)充電、供電保護(hù)，使電池的安全性更高、可用時(shí)間更長(zhǎng)、可用電壓更寬、充電時(shí)間更短、生命周期更長(zhǎng)，是移動(dòng)設(shè)備發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。
直流充電通道的保護(hù)(從墻式適配器到電池)

圖1是一個(gè)典型的充電電路示意圖，該充電電路主要有以下幾個(gè)問題：對(duì)于直接充電來講，充電得不到保護(hù)；對(duì)于反向放電來講，沒有優(yōu)化壓降，同時(shí)也沒有控制反向的放電電流。這些問題都會(huì)極大地影響系統(tǒng)的安全性、電池的可用時(shí)間以及電池的充電時(shí)間，與電池充電市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)背道而馳，所以必須重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的保護(hù)方案。

圖1 典型的充電電路示意圖

我們知道系統(tǒng)的保護(hù)僅僅依靠充電器本身是不夠的，需要添加額外的設(shè)想保護(hù)方案（Box）。相應(yīng)的保護(hù)方案有兩種：第一種是將設(shè)想保護(hù)方案集成在充電器IC里，第二種是采用獨(dú)立的外部器件來進(jìn)行保護(hù)，目前的大趨勢(shì)是采用獨(dú)立的外部器件。

針對(duì)對(duì)直接充電，設(shè)想保護(hù)方案首先應(yīng)該解決浪涌電流效應(yīng)的問題，其次應(yīng)該解決正向和反向的過壓保護(hù)，這兩個(gè)保護(hù)功能是必須要有的。此外，還包括直接充電的過流保護(hù)以及電池電壓的監(jiān)測(cè)，這兩項(xiàng)保護(hù)功能是可選的。

浪涌電流效應(yīng)。由于寄生電感和輸入電容的影響，充電器在熱插入時(shí)可能產(chǎn)生高壓的振鈴，損害集成電路，此時(shí)我們需要控制保護(hù)方案內(nèi)部的MOSFET，使系統(tǒng)內(nèi)部的電流和電壓不超過額定值。

正向和負(fù)向過壓保護(hù)。由于AC-DC的瞬態(tài)、適配器故障或錯(cuò)誤，保護(hù)方案的輸出不能超過便攜系統(tǒng)的最大額定電壓，所以要保護(hù)源自墻式適配器的過壓保障，需要具備+28V的正向過壓保護(hù)以及-28V的反向過壓保護(hù)。只有在過壓比較器的輸入比系統(tǒng)的最大額定電壓低的時(shí)候，保護(hù)器件才能保持導(dǎo)通狀態(tài)。

直接充電通道的過流保護(hù)。如果直接充電通道出現(xiàn)過流的話，可能會(huì)損壞系統(tǒng)。但是過流保護(hù)特性應(yīng)該為可選的，主要是因?yàn)椋菏紫?，充電電路?nèi)的充電電阻會(huì)檢測(cè)充電電流，并且由充電IC來控制該充電電流；其次，AC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出能力是有限的，如果出現(xiàn)過流，AC/DC轉(zhuǎn)換器的電壓會(huì)急劇的跌落。

電池電壓監(jiān)測(cè)。截至目前為止，鋰離子電池的最大電壓為4.35V，在電池組中集成了電壓監(jiān)測(cè)功能，某些應(yīng)用甚至集成了兩個(gè)電池包的保護(hù)方案，而且充電電路也會(huì)監(jiān)測(cè)電池電壓，因此電池電壓監(jiān)測(cè)可以增加到設(shè)想的保護(hù)方案當(dāng)中。但由于在系統(tǒng)中已經(jīng)有多處提供了這種保護(hù)功能，因此該功能應(yīng)該是可選的。

綜上所述，設(shè)想保護(hù)方案（Box）必須具備下列特性：

1. 過壓鎖定能力。只有在總線電壓低于系統(tǒng)的最大額定電壓的時(shí)候，保護(hù)器件才應(yīng)該是導(dǎo)通的。如果出現(xiàn)過壓，保護(hù)器件應(yīng)該處于斷開狀態(tài)以保護(hù)內(nèi)部的系統(tǒng)。

2. 具備抗過壓能力。采用墻式適配器充電的時(shí)候?yàn)?28V，利用USB充電的時(shí)候?yàn)?20V。

3. 具有電流通過能力。利用墻式適配器充電的時(shí)候，電流可能達(dá)到1A甚至2A；在使用USB充電時(shí)，最大電流為500mA，

4. 能夠?qū)擞侩娏鬟M(jìn)行控制。

5. 保護(hù)器件與充電IC應(yīng)該相互獨(dú)立。

如果具備了以上特性，直接充電通道將會(huì)得到良好的保護(hù)。

反向供電通道(從電池到附件)

對(duì)于反向供電通道來講，設(shè)想的解決方案（Box）必須解決以下幾個(gè)問題：電池放電、反向過流、反向浪涌電流、短路保護(hù)，并盡量降低反向電路的電壓電路。

電池放電。當(dāng)輸入電壓低于電池電壓時(shí)，應(yīng)該避免電池放電，因?yàn)榇藭r(shí)附件可能是沒有插入的。這時(shí)應(yīng)該采用背對(duì)背的解決方案，在Vin小于Vbat的時(shí)候，防止電池漏電。只有在檢測(cè)到附件時(shí)，才支持反向供電。

圖2 建議解決方案