【導讀】自(zi)走(zou)式(shi)電(dian)器(qi)連(lian)接(jie)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)方(fang)式(shi)，通(tong)常(chang)是(shi)將(jiang)電(dian)器(qi)上(shang)的(de)一(yi)對(dui)金(jin)屬(shu)觸(chu)點(dian)與(yu)充(chong)電(dian)器(qi)上(shang)的(de)對(dui)應(ying)觸(chu)點(dian)對(dui)準(zhun)。由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)觸(chu)點(dian)通(tong)常(chang)位(wei)於(yu)電(dian)器(qi)底(di)部(bu)，當(dang)電(dian)器(qi)通(tong)過(guo)裸(luo)露(lu)的(de)金(jin)屬(shu)物(wu)體(ti)時(shi)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)短(duan)路(lu)風(feng)險(xian)。掃(sao)地(di)機(ji)器(qi)人(ren)有(you)可(ke)能(neng)通(tong)過(guo)地(di)毯(tan)的(de)金(jin)屬(shu)收(shou)口(kou)條(tiao)，或(huo)者(zhe)割(ge)草(cao)機(ji)會(hui)碰(peng)到(dao)草(cao)地(di)中(zhong)隱(yin)藏(zang)的(de)各(ge)種(zhong)金(jin)屬(shu)物(wu)體(ti)。

使用 MOSFET 作為理想二極管，為新一代自動化電器提供穩健可靠的安全保護。

無線電器上的安全隔離

隨(sui)著(zhe)家(jia)用(yong)和(he)工(gong)業(ye)用(yong)無(wu)線(xian)電(dian)器(qi)逐(zhu)漸(jian)普(pu)及(ji)
，電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)保(bao)護(hu)的(de)需(xu)求(qiu)也(ye)隨(sui)之(zhi)出(chu)現(xian)。兩(liang)個(ge)突(tu)出(chu)的(de)例(li)子(zi)是(shi)自(zi)動(dong)割(ge)草(cao)機(ji)和(he)掃(sao)地(di)機(ji)器(qi)人(ren)，它(ta)們(men)需(xu)要(yao)充(chong)電(dian)或(huo)閑(xian)置(zhi)時(shi)會(hui)自(zi)動(dong)返(fan)回(hui)充(chong)電(dian)座(zuo)。

自(zi)走(zou)式(shi)電(dian)器(qi)連(lian)接(jie)充(chong)電(dian)器(qi)的(de)方(fang)式(shi)
，通(tong)常(chang)是(shi)將(jiang)電(dian)器(qi)上(shang)的(de)一(yi)對(dui)金(jin)屬(shu)觸(chu)點(dian)與(yu)充(chong)電(dian)器(qi)上(shang)的(de)對(dui)應(ying)觸(chu)點(dian)對(dui)準(zhun)。由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)觸(chu)點(dian)通(tong)常(chang)位(wei)於(yu)電(dian)器(qi)底(di)部(bu)，當(dang)電(dian)器(qi)通(tong)過(guo)裸(luo)露(lu)的(de)金(jin)屬(shu)物(wu)體(ti)時(shi)可(ke)能(neng)會(hui)有(you)短(duan)路(lu)風(feng)險(xian)。掃(sao)地(di)機(ji)器(qi)人(ren)有(you)可(ke)能(neng)通(tong)過(guo)地(di)毯(tan)的(de)金(jin)屬(shu)收(shou)口(kou)條(tiao)，或(huo)者(zhe)割(ge)草(cao)機(ji)會(hui)碰(peng)到(dao)草(cao)地(di)中(zhong)隱(yin)藏(zang)的(de)各(ge)種(zhong)金(jin)屬(shu)物(wu)體(ti)。

因此，無人看管的自動化電器的操作安全需要重點考慮
，尤其是充電端口發生短路時，有可能會釋放非常高的電池放電電流。

電池放電保護

保(bao)護(hu)充(chong)電(dian)觸(chu)點(dian)進(jin)而(er)避(bi)免(mian)短(duan)路(lu)有(you)許(xu)多(duo)不(bu)同(tong)方(fang)法(fa)。安(an)裝(zhuang)可(ke)移(yi)動(dong)的(de)保(bao)護(hu)罩(zhao)或(huo)保(bao)護(hu)蓋(gai)，當(dang)電(dian)器(qi)與(yu)充(chong)電(dian)器(qi)斷(duan)開(kai)連(lian)接(jie)時(shi)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)，或(huo)者(zhe)可(ke)以(yi)將(jiang)觸(chu)點(dian)設(she)計(ji)為(wei)收(shou)縮(suo)式(shi)。但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)機(ji)械(xie)設(she)計(ji)會(hui)增(zeng)加(jia)額(e)外(wai)成(cheng)本(ben)，而(er)且(qie)保(bao)護(hu)罩(zhao)可(ke)能(neng)會(hui)破(po)裂(lie)或(huo)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。另(ling)外(wai)也(ye)可(ke)以(yi)在(zai)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)中(zhong)加(jia)入(ru)機(ji)械(xie)操(cao)作(zuo)開(kai)關(guan)

，以(yi)便(bian)在(zai)電(dian)器(qi)與(yu)充(chong)電(dian)器(qi)斷(duan)開(kai)後(hou)自(zi)動(dong)隔(ge)離(li)觸(chu)點(dian)。

danruguoshiyongdianzibaohudianlu，jiubuxuyaokeyidongdelingjian
，haiketigonggengwenjiankekaodejiejuefangan。kecaiyongdeyizhongfangshishitongguojiandandeerjiguanpeizhi。ranererjiguanzhengxiangpianzhishi

，liangduandeyajianghuijiangdichuanshudaodianchidechongdiandianya，jinerdaozhibuxiangyaodegonglvhaosun。

具有典型正向電壓 VF = 0.55V 特性的二極管整流器會導致 3A 充電電流下消耗 1.65W (P = I x VF)。

某些電器製造商會通過使用 MOSFET 實現反向放電保護來解決這個問題。開啟充電時，MOSFET 的低導通電阻 (RDS(on)) 確保充電電壓降幅最小
，進而確保最佳充電效率和電池使用時間。此外，功率耗損也會降至最低。

具有RDS(on) 為 33mΩ 特性的 P 型 MOSFET (例如 DMP4047LFDE)，可將電池充電電壓降幅僅為 99mV
，從而將功率耗損大幅降低至 0.297W (P = I2 x R)。

理想二極管控製器

Diodes 公司的 DZDH0401DW 簡化控製 MOSFET 所需的電路設計。該器件是一款理想二極管控製器，采用小巧的 SOT363 封裝技術

，尺寸僅為 2.15mm x 2.1mm x 1mm。小(xiao)尺(chi)寸(cun)有(you)助(zhu)於(yu)工(gong)程(cheng)師(shi)設(she)計(ji)內(nei)部(bu)空(kong)間(jian)受(shou)限(xian)的(de)設(she)備(bei)，例(li)如(ru)無(wu)線(xian)電(dian)器(qi)和(he)小(xiao)型(xing)電(dian)動(dong)工(gong)具(ju)。該(gai)器(qi)件(jian)也(ye)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)冗(rong)餘(yu)電(dian)源(yuan)和(he)熱(re)插(cha)拔(ba)電(dian)源(yuan)，以(yi)及(ji)通(tong)用(yong)型(xing)高(gao)側(ce)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)，從(cong)而(er)提(ti)供(gong)高(gao)側(ce)隔(ge)離(li)開(kai)關(guan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。

DZDH0401DW 適用於工作電壓最高達 40V 的係統，通過驅動 P 通道 MOSFET 模擬理想二極管。該器件工作時相當於差分放大器和 PMOS 控kong製zhi器qi，當dang輸shu入ru端duan感gan測ce到dao電dian壓ya大da於yu輸shu出chu端duan電dian壓ya時shi
，可ke以yi將jiang正zheng向xiang電dian流liu損sun耗hao降jiang至zhi最zui低di。相xiang反fan地di，當dang感gan測ce到dao輸shu入ru電dian壓ya小xiao於yu輸shu出chu電dian壓ya時shi

，能neng夠gou提ti供gong高gao度du隔ge離li。

圖 1：電器的電池放電保護電路。

圖 1 顯示無線電器上的電池放電保護應用電路。連接電源時，MOSFET (Q1) 的體二極管(Body Diode)變成正向偏置。DZDH0401DW 內部漏極二極管(Drain Diode)將集成 PNP 雙極晶體管的基極保持在 VIN – VF(DIODE)
，導致晶體管沒有足夠的 VBE 來開啟。當 Q1 的柵極電容(Gate Capacitance)通過外部連接的電阻器 Rbias 充電時，Q1 會開啟並且其 RDS 降低，導致 VDS 同步降低。晶體管兩端的 VBE 因而開始上升並使晶體管導通。當 Q1 RDS 達到最低值 (RDS(on)) 時，集成晶體管的 VBE 位於最高值，且 IC 為最大值。在這些條件下，VGS 應該要足夠高以確保線性工作。

Rref 和 Rbias 分別通過漏極二極管(Drain Diode)和集成晶體管的集電極(Collector)來設定電流
，使 VF(DIODE) 大於 VBE(on)。Rbias 決定 MOSFET 的導通速度。當理想二極管電路導通時，內部晶體管會由漏極二極管關斷，導致 MOSFET 電壓下降。Rbias 將柵極拉低並導通 MOSFET。選擇電阻器的阻值將電路的靜態電流工作降至最低。

斷開電源時，移除輸入電壓，VDS 會小於控製器的關閉閾值電壓 (VT)。由於 Q1 仍然處於開啟狀態，VIN 節點與電池的 VOUT 相同。這會導致 Rref 的壓降 VREF 下降。當內部晶體管導通時
，Q1 柵極電容通過其放電，MOSFET 關閉
，進而在輸入和輸出之間實現高度隔離。Rref 的值決定 MOSFET 的關閉速度。較低的阻值會提升晶體管的基極驅動，因此晶體管能更快地使柵極短路
，從而關閉 MOSFET。

圖 2：自動割草機和掃地機器人的設計中對電池放電保護的新需求。

結論

具有低導通電阻 (RDS(on)) 特性的 MOSFET 

，作為理想二極管進行控製時，可以有效應用於消費類電器的電池放電保護，這也一直是反向電流保護和電源 OR-ing 電路的首選器件。簡單的單芯片控製器能夠簡化實操，有效節省空間
、提升電池性能並增加能源效率。

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