直流与反向供电通道的保护及其集成方案

直流与反向供电通道的保护及其集成方案,第1张

  为便携式产品的电池充电有几种方式。以手机为例,我们可以利用墙式适配器或者其它充电设备充电,这种方式提供的电流可以达到2A,墙式适配器产生的高压有可能达到30V;也可以通过USB线来进行充电,它可以提供500mA的充电电流,但是USB线上的高压也有可能达到20V;同时,我们也可以通过手机对附件进行供电,比如调频收发器等外部附件。加强充电、供电保护,使电池的安全性更高、可用时间更长、可用电压更宽、充电时间更短、生命周期更长,是移动设备发展的一个趋势。

  直流充电通道的保护(从墙式适配器到电池)

  图 1是一个典型的充电电路示意图,该充电电路主要有以下几个问题:对于直接充电来讲,充电得不到保护;对于反向放电来讲,没有优化压降,同时也没有控制反向的放电电流。这些问题都会极大地影响系统的安全性、电池的可用时间以及电池的充电时间,与电池充电市场的发展趋势背道而驰,所以必须重新设计系统的保护方案。

  直流与反向供电通道的保护及其集成方案,第2张

  图1 典型的充电电路示意图

  我们知道系统的保护仅仅依靠充电器本身是不够的,需要添加额外的设想保护方案(Box)。相应的保护方案有两种:第一种是将设想保护方案集成在充电器IC里,第二种是采用独立的外部器件来进行保护,目前的大趋势是采用独立的外部器件。

  针对对直接充电,设想保护方案首先应该解决浪涌电流效应的问题,其次应该解决正向和反向的过压保护,这两个保护功能是必须要有的。此外,还包括直接充电的过流保护以及电池电压的监测,这两项保护功能是可选的。

  浪涌电流效应。由于寄生电感和输入电容的影响,充电器在热插入时可能产生高压的振铃,损害集成电路,此时我们需要控制保护方案内部的MOSFET,使系统内部的电流和电压不超过额定值。

  正向和负向过压保护。由于AC-DC的瞬态、适配器故障或错误,保护方案的输出不能超过便携系统的最大额定电压,所以要保护源自墙式适配器的过压保障,需要具备+28V的正向过压保护以及-28V的反向过压保护。只有在过压比较器的输入比系统的最大额定电压低的时候,保护器件才能保持导通状态。

  电池电压监测。截至目前为止,锂离子电池的最大电压为4.35V,在电池组中集成了电压监测功能,某些应用甚至集成了两个电池包的保护方案,而且充电电路也会监测电池电压,因此电池电压监测可以增加到设想的保护方案当中。但由于在系统中已经有多处提供了这种保护功能,因此该功能应该是可选的。

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