保护电池供电系统的解决方案
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从理论层面上看，电池相关电路 (在 DC/DC 转换之前) 可以分成 4 种功能：电源选择、充电 (就充电电池而言)、监视和保护。在电池供电的系统中一般提供多种电源，例如交流适配器、USB 端口和内部电池，电源选择功能确定这些电源的优先顺序，而充电电路需要针对特定电池化学组成进行定制。监视电路报告电池电压、电量和温度状态，监视电路与电池保护电路一起使用，还可确保更高的可靠性。 用电池电源进行设计时需要考虑的问题 不仅是着火和爆炸，即使简单的电池相关问题也能损害一款产品的声誉。因此，必须注意电池相关安全功能的设计。电池有其充电和放电电流额定值，超过这些额定值电池会发热，这不仅会缩短电池寿命，在最坏情况下还会使电池爆炸。可以用保险丝实现过流保护，但是保险丝太笨重，反应慢，其跳变门限有很大的容限 (图 1)。为了防止不可修复的损坏，充电电池进入深度放电之前需要断接。就一节 3.7V 锂离子电池而言，这个电压值约为 2.5V。需要一个欠压闭锁 (UVLO) 电路以断开电池与负载的连接。可以用一个比较器、基准电压和一个固态开关来实现这种电路。P 沟道 MOSFET 高压侧开关不需要充电泵来接通，从而减少了电池电流泄漏，但是 P 沟道 MOSFET 选择有限，在相同接通电阻情况下，价格比 N 沟道 MOSFET 高。反过来，如果接地线可被浮置，则可以采用一个更高效的 N 沟道 MOSFET 低压侧开关。欠压门限必需具有充足的迟滞；否则，由于电池电压在负载关断之后恢复，因此 UVLO 电路将发生 “断-通-断” 振荡。 图 1：一种可能的分立式电池和负载保护电路 电池保护之后，我们需要考虑负载保护。瞬态电压抑制器在振铃、尖峰、浪涌等短暂情况下实现过压保护，但是在持续或 DC 过压 (OV) 时就会烧毁。因此，需要另一个比较器针对输入过压保护负载。如果电池错误地以相反极性插入，那么负载如果不能承受负电压，就有可能损坏。可以用一个串联二极管来隔离负电压。但是，这个二极管消耗功率，在正向运行时产生很大的压降。 |
