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為了盡可能延長電池的使用壽命，大多數便攜式設備采用內、外兩種供電模式：沒有外部電源時采用設備自帶的電池供電；當有外部電源接入時立即切換到外部電源。這樣，就需要一套專門的電路來檢測是否有外部電路接入，同時，還需要一套電路來控制電源切換開關。此外，目前越來越多的設備采用鋰離子電池供電。鋰離子電池具有能量密度高、無記憶效應等優點，但它的缺點也很明顯，相比傳統的鎳鎘、鎳氫電池更為脆弱。鋰離子電池對于過充、過放非常敏感，過度的充電和放電會嚴重影響其使用壽命。因此，在一些高端設備所用的電池中，例如手機、筆記本等，都組裝了一個保護板，對電池的充放電進行保護。但是，在一些中低端電池中，出于成本考慮制造商并沒有加保護板，需要在電池外部對電池進行充、放電保護。充電保護可以由合理的充電器設計來提供，放電保護就需要在負載端來實施了。這就需要另一套電路來檢測電池電壓，當電池電壓降到保護點時切斷供電通路，停止放電。 最簡單的電源切換電路用兩個二極管“或”的方式即可實現，但二極管的正向壓降會浪費掉可觀的電池電量。以單節鋰離子電池為例，額定放電電壓約為3.7V，那么0.7V的二極管正向壓降使近20%的電池電量白白浪費掉。即使采用正向壓降更低（0.3V-0.4V）的肖特基二極管，也會有將近10%的電量被浪費掉。而肖特基二極管比較大的反向漏電（毫安級）又會產生另外一些問題。二極管也無法提供放電保護，需要額外增加開關及控制電路來做過放保護。 比較理想的方案是用MOSFET作為切換和保護開關。MOSFET具有毫歐級的導通電阻，它所引起的壓降幾乎可以忽略。當電池電壓過低時也可以利用MOSFET切斷供電通路，保護電池。但需要設計一套專門的電路來檢測電壓和驅動MOSFET柵極。可以用一些標準電壓比較器、電壓基準和分離元件實現這部分功能，但這會增加電路的元件數和復雜度，增大靜態功耗。 Maxim的MAX4838-MAX4842系列過壓保護控制器設計用于為電路提供過、欠壓保護，IC內部集成了電壓監視電路和高端N溝道MOSFET驅動器，正好可以借用它來實現上述控制。圖1就是一個針對單節鋰離子電池的應用而設計的應用電路。 圖1 利用MAX4842過壓保護IC實現電池切換和保護 該設計利用MAX4842的欠壓鎖定功能（UVLO）實現對于電池的放電保護。MAX4842的欠壓鎖定門限為2.8V - 3.2V，單節鋰離子電池的放電終止電壓為2.7V左右，電池放電到3.2V時也基本放空（如圖2所示），因此，無需任何調整，該門限范圍恰好適用于單節鋰電池。 另外，MAX4842的過壓保護門限為4.4V - 5.0V，也高于單節鋰電的4.2V上限電壓。電源切換電路是利用MAX4842的使能控制引腳/EN配合分壓電阻R1/R2實現的。當沒有外部電源接入時，如果電池電壓高于2.8V - 3.2V的保護門限，/EN被R2拉低，MAX4842驅動Q1、Q2的柵極為高電平使其導通，電池為負載供電；當有外部電源接入時，通過R1/R2分壓后在/EN引腳上產生的電壓高于1.47V后MAX4842被禁止，Q1、Q2被關閉，由外部電源給負載供電。圖中的二極管D2用于阻斷灌入外部電源的反向電流，并防止/EN被錯誤拉高。由于它串在外部供電通路上，損失一點效率沒有關系。 圖2 700nAh鋰離子電池已不同速率放電時的放電曲。 |
