中心議題：

• 直流充電通道的保護
• 反向供電通道的保護

解決方案：

• 建議解決方案
• 集成解決方案

為便攜式產品的電池充電有幾種方式。以手機為例
，我們可以利用牆式適配器或者其它充電設備充電，這種方式提供的電流可以達到2A，牆式適配器產生的高壓有可能達到30V
；也可以通過USB線來進行充電
，它可以提供500mA的充電電流，但是USB線上的高壓也有可能達到20V；同時
，我們也可以通過手機對附件進行供電，比如調頻收發器等外部附件。加強充電、供電保護，使電池的安全性更高

、可用時間更長
、可用電壓更寬、充電時間更短


、生命周期更長

，是移動設備發展的一個趨勢。

直流充電通道的保護(從牆式適配器到電池)

圖 1是一個典型的充電電路示意圖，該充電電路主要有以下幾個問題：對於直接充電來講，充電得不到保護；對於反向放電來講
，沒有優化壓降
，同時也沒有控製反向的放電電流。這些問題都會極大地影響係統的安全性、電池的可用時間以及電池的充電時間，與電池充電市場的發展趨勢背道而馳，所以必須重新設計係統的保護方案。


我們知道係統的保護僅僅依靠充電器本身是不夠的，需要添加額外的設想保護方案（Box）。相應的保護方案有兩種：第一種是將設想保護方案集成在充電器IC裏，第二種是采用獨立的外部器件來進行保護

，目前的大趨勢是采用獨立的外部器件。

針(zhen)對(dui)對(dui)直(zhi)接(jie)充(chong)電(dian)
，設(she)想(xiang)保(bao)護(hu)方(fang)案(an)首(shou)先(xian)應(ying)該(gai)解(jie)決(jue)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)效(xiao)應(ying)的(de)問(wen)題(ti)
，其(qi)次(ci)應(ying)該(gai)解(jie)決(jue)正(zheng)向(xiang)和(he)反(fan)向(xiang)的(de)過(guo)壓(ya)保(bao)護(hu)，這(zhe)兩(liang)個(ge)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)是(shi)必(bi)須(xu)要(yao)有(you)的(de)。此(ci)外(wai)
，還(hai)包(bao)括(kuo)直(zhi)接(jie)充(chong)電(dian)的(de)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)以(yi)及(ji)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)的(de)監(jian)測(ce)，這(zhe)兩(liang)項(xiang)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)是(shi)可(ke)選(xuan)的(de)。

浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)效(xiao)應(ying)。由(you)於(yu)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)和(he)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)，充(chong)電(dian)器(qi)在(zai)熱(re)插(cha)入(ru)時(shi)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)高(gao)壓(ya)的(de)振(zhen)鈴(ling)，損(sun)害(hai)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)
，此(ci)時(shi)我(wo)們(men)需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)保(bao)護(hu)方(fang)案(an)內(nei)部(bu)的(de)MOSFET，使係統內部的電流和電壓不超過額定值。

正向和負向過壓保護。由於AC-DC的瞬態、適配器故障或錯誤，保護方案的輸出不能超過便攜係統的最大額定電壓，所以要保護源自牆式適配器的過壓保障，需要具備+28V的正向過壓保護以及-28V的反向過壓保護。隻有在過壓比較器的輸入比係統的最大額定電壓低的時候
，保護器件才能保持導通狀態。

直接充電通道的過流保護。如果直接充電通道出現過流的話，可能會損壞係統。但是過流保護特性應該為可選的，主要是因為：首先，充電電路內的充電電阻會檢測充電電流，並且由充電IC來控製該充電電流；其次，AC/DC轉換器的輸出能力是有限的，如果出現過流，AC/DC轉換器的電壓會急劇的跌落。

電池電壓監測。截至目前為止
，鋰離子電池的最大電壓為4.35V，zaidianchizuzhongjichengledianyajiancegongneng，mouxieyingyongshenzhijichenglelianggedianchibaodebaohufangan，erqiechongdiandianluyehuijiancedianchidianya，yincidianchidianyajiancekeyizengjiadaoshexiangdebaohufangandangzhong。danyouyuzaixitongzhongyijingyouduochutigonglezhezhongbaohugongneng，yincigaigongnengyinggaishikexuande。
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綜上所述

，設想保護方案（Box）必須具備下列特性：

1. 過(guo)壓(ya)鎖(suo)定(ding)能(neng)力(li)。隻(zhi)有(you)在(zai)總(zong)線(xian)電(dian)壓(ya)低(di)於(yu)係(xi)統(tong)的(de)最(zui)大(da)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)時(shi)候(hou)，保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)才(cai)應(ying)該(gai)是(shi)導(dao)通(tong)的(de)。如(ru)果(guo)出(chu)現(xian)過(guo)壓(ya)
，保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)應(ying)該(gai)處(chu)於(yu)斷(duan)開(kai)狀(zhuang)態(tai)以(yi)保(bao)護(hu)內(nei)部(bu)的(de)係(xi)統(tong)。

2. 具備抗過壓能力。采用牆式適配器充電的時候為+28V，利用USB充電的時候為+20V。

3. 具有電流通過能力。利用牆式適配器充電的時候，電流可能達到1A甚至2A；在使用USB充電時，最大電流為500mA
，

4. 能夠對浪湧電流進行控製。

5. 保護器件與充電IC應該相互獨立。

如果具備了以上特性
，直接充電通道將會得到良好的保護。

反向供電通道(從電池到附件)

對於反向供電通道來講，設想的解決方案（Box）必須解決以下幾個問題：電池放電、反向過流
、反向浪湧電流
、短路保護，並盡量降低反向電路的電壓電路。

電池放電。當輸入電壓低於電池電壓時
，應該避免電池放電，因為此時附件可能是沒有插入的。這時應該采用背對背的解決方案，在Vin小於Vbat的時候，防止電池漏電。隻有在檢測到附件時
，才支持反向供電。


反(fan)向(xiang)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)功(gong)能(neng)。當(dang)連(lian)接(jie)錯(cuo)誤(wu)的(de)附(fu)件(jian)或(huo)有(you)缺(que)陷(xian)的(de)附(fu)件(jian)的(de)時(shi)候(hou)，電(dian)池(chi)仍(reng)然(ran)有(you)可(ke)能(neng)放(fang)電(dian)到(dao)附(fu)件(jian)
，而(er)且(qie)反(fan)向(xiang)放(fang)電(dian)的(de)電(dian)流(liu)可(ke)能(neng)超(chao)過(guo)充(chong)電(dian)通(tong)道(dao)的(de)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)能(neng)力(li)。由(you)於(yu)充(chong)電(dian)器(qi)無(wu)法(fa)檢(jian)測(ce)到(dao)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)
，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)另(ling)外(wai)的(de)模(mo)塊(kuai)來(lai)檢(jian)測(ce)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)。

反(fan)向(xiang)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)抑(yi)製(zhi)。插(cha)入(ru)附(fu)件(jian)的(de)時(shi)候(hou)，如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)方(fang)案(an)
，可(ke)能(neng)從(cong)電(dian)池(chi)流(liu)出(chu)極(ji)高(gao)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)
，而(er)且(qie)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)過(guo)高(gao)的(de)振(zhen)鈴(ling)，從(cong)而(er)損(sun)害(hai)器(qi)件(jian)，所(suo)以(yi)必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)電(dian)流(liu)監(jian)測(ce)功(gong)能(neng)來(lai)控(kong)製(zhi)反(fan)向(xiang)MOSFET的門極
，從而消除振鈴和浪湧電流。

短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)。如(ru)果(guo)附(fu)件(jian)出(chu)現(xian)直(zhi)接(jie)短(duan)路(lu)，可(ke)能(neng)會(hui)瞬(shun)時(shi)湧(yong)現(xian)源(yuan)自(zi)電(dian)池(chi)的(de)極(ji)高(gao)電(dian)流(liu)，所(suo)以(yi)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)應(ying)該(gai)提(ti)供(gong)過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)
，而(er)且(qie)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)外(wai)部(bu)電(dian)阻(zu)對(dui)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)設(she)置(zhi)以(yi)適(shi)應(ying)不(bu)同(tong)的(de)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)。另(ling)外(wai)，保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)應(ying)該(gai)具(ju)有(you)自(zi)動(dong)恢(hui)複(fu)功(gong)能(neng)，即(ji)當(dang)外(wai)部(bu)短(duan)路(lu)狀(zhuang)況(kuang)消(xiao)除(chu)之(zhi)後(hou)
，係(xi)統(tong)會(hui)自(zi)動(dong)地(di)恢(hui)複(fu)工(gong)作(zuo)。

從cong電dian池chi到dao外wai部bu附fu件jian的de電dian壓ya電dian路lu。必bi須xu降jiang低di電dian池chi和he附fu件jian之zhi間jian的de損sun耗hao

，如ru果guo電dian壓ya電dian路lu過guo高gao的de話hua
，會hui產chan生sheng額e外wai的de損sun耗hao，影ying響xiang到dao電dian池chi的de可ke用yong電dian壓ya。

綜上所述

，設想的保護方案（Box）應該具備以下的特性：

1. 對於電池放電來講
，應該采用背對背的結構，防止電池漏電。

2. 應該具備反向過流保護功能。

3. 應該對反向浪湧電流進行控製。

4. 應該對反向供電通道的短路進行保護。

5. 導通電阻應該盡可能的低，即使通道的電壓跌落盡可能的低，減少額外的損耗。

隻有具備了以上特性，反向通道才能得到良好的保護。

因此
，我們建議的解決方案的架構是：具有背對背的N-MOSFET
、具備正向和反向的過壓保護以及反向過流保護功能、具有極低的靜態電流等功能。（圖2）
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集成解決方案的細節

圖3所示為集成解決方案的細節框圖，由於采用的是背對背的N-MOS結構，通過第一個N-MOS（標識1）的門極
，可以防止浪湧電流進入係統內部，同時這個N-MOS也提供正向的過壓保護。

背對背N-MOS結構的另一個N-MOS（標識2）提供-28V的過壓保護。之前采用的一般是P-MOS，但相對於P-MOS，N-MOS的導通電阻更低，使電池能夠工作在更低電壓下。同時N-MOS支持更大的電流，而且這個N-MOS還通過檢測電流來控製反向通道的浪湧電流，提供反向過流保護。

此外，方案還應提供過流保護（標識3），並且過流保護的電流值可以通過外部電阻設定。同時集成方案還要提供狀態標記引腳（標識4）以及邏輯控製引腳（標識5），並控製芯片的工作模式。