提高電池充電系統安全性的設計和實(shí)現

熱環(huán)路工作時(shí)，充電電流會(huì )達到充電終止閾值，這樣會(huì )導致充電的錯誤終止，因為熱調節功能通常是在快充的早期階段啟動(dòng)。為了避免錯誤的充電終止，只要熱調節環(huán)路處于工作狀態(tài)，就要禁用電池充電終止。此外，有效充電電流也會(huì )降低。這會(huì )延長(cháng)電池充電時(shí)間。這樣，充電安全定時(shí)器可能會(huì )因為固定安全定時(shí)器而錯誤終止。bq24085 采用可自動(dòng)放慢安全定時(shí)器時(shí)鐘頻率的動(dòng)態(tài)安全定時(shí)器。動(dòng)態(tài)定時(shí)器控制電路可有效延長(cháng)安全定時(shí)器的持續時(shí)間，從而最大限度地減少安全定時(shí)器由于熱調節所引起的故障幾率。

　　圖 5：bq24085 的典型應用電路

系統級充電前端 （CFE） 的安全設計

我們如何提高系統級充電的安全性和可靠性？我們可采用許多不同的適配器為便攜式設備供電，但不同的制造商往往采用不同的電氣規范，這就為構建便攜式設備的系統設計人員帶來(lái)了技術(shù)挑戰，他們在使用不同適配器時(shí)必須滿(mǎn)足各種安全要求。具體技術(shù)挑戰包括輸入過(guò)壓、輸入過(guò)流、電池過(guò)壓以及反向輸入電壓等，這些問(wèn)題都會(huì )造成系統損壞。

適配器熱插入、適配器錯誤、瞬態(tài)或穩態(tài)過(guò)壓等問(wèn)題都可能導致輸入過(guò)壓。適配器熱插入時(shí)，線(xiàn)纜電感與系統輸入去耦電容器之間的共振會(huì )導致過(guò)壓。對于獨立充電器而言，輸入過(guò)流可能不是什么問(wèn)題，因為恒定電流模式會(huì )限制提供給輸出或電池的電流量。不過(guò)，就輸入到系統有直接電源路徑的 bq24070 等電源路徑管理電池充電器而言，在上拉電流過(guò)大時(shí)很難得到保護。最近，人們擔心工作適配器在電流限制模式下可能出問(wèn)題，希望可編程輸入電流限制電路能夠阻止適配器進(jìn)入該模式。鋰離子/鋰聚合物電池組如果在高溫下充電過(guò)度，可能會(huì )出現危險的燃燒現象。充電過(guò)度的一個(gè)重要標志就是電池單元電壓升高。越來(lái)越多的制造商都在尋找可確保電池組安全性與合規性的安全措施。要提高電池安全性，可添加二級過(guò)壓保護來(lái)移除輸入電源。在檢測電池過(guò)壓時(shí)關(guān)閉 CFE 功率 MOSFET 就可完成這一操作。

圖 6 是典型系統級 CFE 電路的示意圖。高電壓保護 CFE 可將高輸入電壓與低壓充電器及系統相隔離，以便系統免受高壓侵害。這種 IC 集成所有安全特性，包括輸入電流限制與保護、輸入電壓保護以及電池過(guò)壓保護等。無(wú)論出現何種故障情況，CFE 都會(huì )關(guān)閉 MOSFET 實(shí)現適當保護，進(jìn)而提高整體系統安全性。

　　圖 6：典型的系統級 CFE 電路

總結

配合 CFE、電池充電器 IC 以及電池組的安全保護機制，充電系統可進(jìn)一步提升穩健的安全性能。CFE完全集成了輸入過(guò)壓、輸入過(guò)流、電池過(guò)壓和反向輸入極性保護，可以顯著(zhù)提高電池供電系統的安全性。