提高電池充電系統安全性的設計和實現

熱環路工作時，充電電流會達到充電終止閾值，這樣會導致充電的錯誤終止，因為熱調節功能通常是在快充的早期階段啟動。為了避免錯誤的充電終止，只要熱調節環路處于工作狀態，就要禁用電池充電終止。此外，有效充電電流也會降低。這會延長電池充電時間。這樣，充電安全定時器可能會因為固定安全定時器而錯誤終止。bq24085 采用可自動放慢安全定時器時鐘頻率的動態安全定時器。動態定時器控制電路可有效延長安全定時器的持續時間，從而最大限度地減少安全定時器由于熱調節所引起的故障幾率。

　　圖 5：bq24085 的典型應用電路

系統級充電前端 （CFE） 的安全設計

我們如何提高系統級充電的安全性和可靠性？我們可采用許多不同的適配器為便攜式設備供電，但不同的制造商往往采用不同的電氣規范，這就為構建便攜式設備的系統設計人員帶來了技術挑戰，他們在使用不同適配器時必須滿足各種安全要求。具體技術挑戰包括輸入過壓、輸入過流、電池過壓以及反向輸入電壓等，這些問題都會造成系統損壞。

適配器熱插入、適配器錯誤、瞬態或穩態過壓等問題都可能導致輸入過壓。適配器熱插入時，線纜電感與系統輸入去耦電容器之間的共振會導致過壓。對于獨立充電器而言，輸入過流可能不是什么問題，因為恒定電流模式會限制提供給輸出或電池的電流量。不過，就輸入到系統有直接電源路徑的 bq24070 等電源路徑管理電池充電器而言，在上拉電流過大時很難得到保護。最近，人們擔心工作適配器在電流限制模式下可能出問題，希望可編程輸入電流限制電路能夠阻止適配器進入該模式。鋰離子/鋰聚合物電池組如果在高溫下充電過度，可能會出現危險的燃燒現象。充電過度的一個重要標志就是電池單元電壓升高。越來越多的制造商都在尋找可確保電池組安全性與合規性的安全措施。要提高電池安全性，可添加二級過壓保護來移除輸入電源。在檢測電池過壓時關閉 CFE 功率 MOSFET 就可完成這一操作。

圖 6 是典型系統級 CFE 電路的示意圖。高電壓保護 CFE 可將高輸入電壓與低壓充電器及系統相隔離，以便系統免受高壓侵害。這種 IC 集成所有安全特性，包括輸入電流限制與保護、輸入電壓保護以及電池過壓保護等。無論出現何種故障情況，CFE 都會關閉 MOSFET 實現適當保護，進而提高整體系統安全性。

　　圖 6：典型的系統級 CFE 電路

總結

配合 CFE、電池充電器 IC 以及電池組的安全保護機制，充電系統可進一步提升穩健的安全性能。CFE完全集成了輸入過壓、輸入過流、電池過壓和反向輸入極性保護，可以顯著提高電池供電系統的安全性。