直流与反向供电通道的保护及其集成方案

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。

　　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。

　　直接充电通道的过流保护。如果直接充电通道出现过流的话，可能会损坏系统。但是过流保护特性应该为可选的，主要是因为：首先，充电电路内的充电电阻会检测充电电流，并且由充电IC来控制该充电电流；其次，AC/DC转换器的输出能力是有限的，如果出现过流，AC/DC转换器的电压会急剧的跌落。

　　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。