利用過(guò)壓保護IC實(shí)現電池保護和切換功能

為了盡可能延長(cháng)電池的使用壽命，大多數便攜式設備采用內、外兩種供電模式：沒(méi)有外部電源時(shí)采用設備自帶的電池供電；當有外部電源接入時(shí)立即切換到外部電源。這樣，就需要一套專(zhuān)門(mén)的電路來(lái)檢測是否有外部電路接入，同時(shí)，還需要一套電路來(lái)控制電源切換開(kāi)關(guān)。此外，目前越來(lái)越多的設備采用鋰離子電池供電。鋰離子電池具有能量密度高、無(wú)記憶效應等優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)也很明顯，相比傳統的鎳鎘、鎳氫電池更為脆弱。鋰離子電池對于過(guò)充、過(guò)放非常敏感，過(guò)度的充電和放電會(huì )嚴重影響其使用壽命。

因此，在一些高端設備所用的電池中，例如手機、筆記本等，都組裝了一個(gè)保護板，對電池的充放電進(jìn)行保護。但是，在一些中低端電池中，出于成本考慮制造商并沒(méi)有加保護板，需要在電池外部對電池進(jìn)行充、放電保護。充電保護可以由合理的充電器設計來(lái)提供，放電保護就需要在負載端來(lái)實(shí)施了。這就需要另一套電路來(lái)檢測電池電壓，當電池電壓降到保護點(diǎn)時(shí)切斷供電通路，停止放電。

最簡(jiǎn)單的電源切換電路用兩個(gè)二極管“或”的方式即可實(shí)現，但二極管的正向壓降會(huì )浪費掉可觀(guān)的電池電量。以單節鋰離子電池為例，額定放電電壓約為3.7V，那么0.7V的二極管正向壓降使近20%的電池電量白白浪費掉。即使采用正向壓降更低（0.3V-0.4V）肖特基二極管，也會(huì )有將近10%的電量被浪費掉。而肖特基二極管比較大的反向漏電（毫安級）又會(huì )產(chǎn)生另外一些問(wèn)題。二極管也無(wú)法提供放電保護，需要額外增加開(kāi)關(guān)及控制電路來(lái)做過(guò)放保護。

比較理想的方案是用MOSFET作為切換和保護開(kāi)關(guān)。MOSFET具有毫歐級的導電阻，它所引起的壓降幾乎可以忽略。當電池電壓過(guò)低時(shí)也可以利用MOSFET切斷供電通路，保護電池。但需要設計一套專(zhuān)門(mén)的電路來(lái)檢測電壓和驅動(dòng)MOSFET柵極?？梢杂靡恍藴孰妷罕容^器、電壓基準和分離元件實(shí)現這部分功能，但這會(huì )增加電路的元件數和復雜度，增大靜態(tài)功耗。

Maxim的MAX4838-MAX4842系列過(guò)壓保護控制器設計用于為電路提供過(guò)、欠壓保護IC內部集成了電壓監視電路和高端N溝道MOSFET驅動(dòng)器，正好可以借用它來(lái)實(shí)現上述控制。圖1就是一個(gè)針對單節鋰離子電池的應用而設計的應用電路。

圖1利用MAX4842過(guò)壓保護IC實(shí)現電池切換和保護

該設計利用MAX4842的欠壓鎖定功能（UVLO）實(shí)現對于電池的放電保護。MAX4842的欠壓鎖定門(mén)限為2.8V-3.2V，單節鋰離子電池的放電終止電壓為2.7V左右，電池放電到3.2V時(shí)也基本放空（如圖2所示），因此，無(wú)需任何調整，該門(mén)限范圍恰好適用于單節鋰電池。

另外，MAX4842的過(guò)壓保護門(mén)限為4.4V-5.0V，也高于單節鋰電的4.2V上限電壓。電源切換電路是利用MAX4842的使能控制引腳/EN配合分壓電阻R1/R2實(shí)現的。當沒(méi)有外部電源接入時(shí)，如果電池電壓高于2.8V-3.2V的保護門(mén)限，/EN被R2拉低，MAX4842驅動(dòng)Q1、Q2的柵極為高電平使其導通，電池為負載供電；當有外部電源接入時(shí)，通過(guò)R1/R2分壓后在/EN引腳上產(chǎn)生的電壓高于1.47V后MAX4842被禁止，Q1、Q2被關(guān)閉，由外部電源給負載供電。圖中的二極管D2用于阻斷灌入外部電源的反向電流，并防止/EN被錯誤拉高。由于它串在外部供電通路上，損失一點(diǎn)效率沒(méi)有關(guān)系。

圖2700nAh鋰離子電池已不同速率放電時(shí)的放電曲。