配合移動(dòng)設備應用充電新趨勢的保護解決方案

為便攜式產(chǎn)品的電池充電有幾種方式。以手機為例，我們可以利用墻式適配器或者其它充電設備充電，這種方式提供的電流可以達到2A，墻式適配器產(chǎn)生的高壓有可能達到30V；也可以通過(guò)USB線(xiàn)來(lái)進(jìn)行充電，它可以提供500mA的充電電流，但是USB線(xiàn)上的高壓也有可能達到20V；同時(shí)，我們也可以通過(guò)手機對附件進(jìn)行供電，比如調頻收發(fā)器等外部附件。加強充電、供電保護，使電池的安全性更高、可用時(shí)間更長(cháng)、可用電壓更寬、充電時(shí)間更短、生命周期更長(cháng)，是移動(dòng)設備發(fā)展的一個(gè)趨勢。
直流充電通道的保護(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(wèn)題：對于直接充電來(lái)講，充電得不到保護；對于反向放電來(lái)講，沒(méi)有優(yōu)化壓降，同時(shí)也沒(méi)有控制反向的放電電流。這些問(wèn)題都會(huì )極大地影響系統的安全性、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)展趨勢背道而馳，所以必須重新設計系統的保護方案。

圖1 典型的充電電路示意圖

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

針對對直接充電，設想保護方案首先應該解決浪涌電流效應的問(wèn)題，其次應該解決正向和反向的過(guò)壓保護，這兩個(gè)保護功能是必須要有的。此外，還包括直接充電的過(guò)流保護以及電池電壓的監測，這兩項保護功能是可選的。

浪涌電流效應。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)我們需要控制保護方案內部的MOSFET，使系統內部的電流和電壓不超過(guò)額定值。

正向和負向過(guò)壓保護。由于A(yíng)C-DC的瞬態(tài)、適配器故障或錯誤，保護方案的輸出不能超過(guò)便攜系統的最大額定電壓，所以要保護源自墻式適配器的過(guò)壓保障，需要具備+28V的正向過(guò)壓保護以及-28V的反向過(guò)壓保護。只有在過(guò)壓比較器的輸入比系統的最大額定電壓低的時(shí)候，保護器件才能保持導通狀態(tài)。

直接充電通道的過(guò)流保護。如果直接充電通道出現過(guò)流的話(huà)，可能會(huì )損壞系統。但是過(guò)流保護特性應該為可選的，主要是因為：首先，充電電路內的充電電阻會(huì )檢測充電電流，并且由充電IC來(lái)控制該充電電流；其次，AC/DC轉換器的輸出能力是有限的，如果出現過(guò)流，AC/DC轉換器的電壓會(huì )急劇的跌落。

電池電壓監測。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測功能，某些應用甚至集成了兩個(gè)電池包的保護方案，而且充電電路也會(huì )監測電池電壓，因此電池電壓監測可以增加到設想的保護方案當中。但由于在系統中已經(jīng)有多處提供了這種保護功能，因此該功能應該是可選的。

綜上所述，設想保護方案（Box）必須具備下列特性：

1. 過(guò)壓鎖定能力。只有在總線(xiàn)電壓低于系統的最大額定電壓的時(shí)候，保護器件才應該是導通的。如果出現過(guò)壓，保護器件應該處于斷開(kāi)狀態(tài)以保護內部的系統。

2. 具備抗過(guò)壓能力。采用墻式適配器充電的時(shí)候為+28V，利用USB充電的時(shí)候為+20V。

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

4. 能夠對浪涌電流進(jìn)行控制。

5. 保護器件與充電IC應該相互獨立。

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。

反向供電通道(從電池到附件)

對于反向供電通道來(lái)講，設想的解決方案（Box）必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：電池放電、反向過(guò)流、反向浪涌電流、短路保護，并盡量降低反向電路的電壓電路。

電池放電。當輸入電壓低于電池電壓時(shí)，應該避免電池放電，因為此時(shí)附件可能是沒(méi)有插入的。這時(shí)應該采用背對背的解決方案，在Vin小于Vbat的時(shí)候，防止電池漏電。只有在檢測到附件時(shí)，才支持反向供電。

圖2 建議解決方案