图 2 中电路的设计旨在保护锂离子电池免受充电电路和电源故障的影响。IC 不断监控输入电压和电流以及电池电压。若出现输入过电压情况,则 IC 将立即通过切断内部开关来切断充电电路的电源。若出现过电流状况,则 IC 会将系统电流限制在预编程阈值内。若过电流状况一直持续,则在消隐期后 IC 将切断导通元件。

此外,IC 会监控其自己的裸片温度,并在裸片变得太热时予以切断。输入过电流阈值为用户可编程的,允许电流最大可达 1.5A。一个处理器就可对电路进行控制,并且电路会向主处理器提供故障状态信息。对于对空间限制有极高要求的便携式设备而言,电路仅使用两个很小的 1-µF 电容。电路封装在一个很小的2×2 mm2封装中,这与先前所述使用保险丝和瞬变吸收器的离散方法相比,极大地减少了完整高性能保护解决方案的尺寸。
如果 AC 适配器的输入电压超过了预编程数值(VOVP),如图3绿色
水平线所示,则作为导通元件的内部 FET 将关断,切断了电路的电源,FAULT 引脚将驱低。当输入电压回到 VOVP – VHYS-OVP (但仍然高于 VUVLO),则 FET 将在 tON(OVP) 干扰时间 (deglitch time) 以后再次启动,以确保输入电源的稳定。实施电压滞后是为了避免产生振铃。

过电流阈值 IOCP 由连接于 ILIM 引脚至接地的电阻 RILIM 进行编程。如果负载电流试图超过 IOCP 阈值,则设备将在消隐期 (tBLANK(OCP)) 内限制电流,如图 4 所示。如果负载电流在 tBLANK(OCP) 时间内回到了 IOCP 以下,则设备继续工作。不过,若过电流状况持续时间超过 tBLANK(OCP),则 FET 将关断 tON(OCP),并且 FAULT 引脚将驱低。然后 FET 在 tON(OCP) 后再次启动,并且电流继续被完全监控。

每次出现 OCP 故障时,内部计数器将加一。如果在一个充电周期内出现了 15 次 OCP 故障,则 FET 将永久关断。计数器的清零可通过去掉并重新施加输入电力,或通过主处理器控制的 CE 引脚的关闭并重新启动设备进行。可以很容易看到简单的保险丝/瞬变吸收器的结合应用不能满足这一灵活性水平和系统安全性优化的要求。
尽管锂离子电池组通常有专用的安全电路对电池进行保护,避免电池受到不安全电压电平的损害,但最好还是增加一个备用安全电路,以确保电池被监控和保护,在电池组保护电路发生故障时避免电池受到异常工作条件的损害。
图 2 中的电池过电压阈值内部设置为 4.35V。如果电池电压超过了 BVOVP 阈值,则 FET 将切断,并且 FAULT 引脚驱低。FET 在电池电压下降到 BVOVP–VHYS-BOVP 时再次启动。每当电池出现过电压故障时,内部计数器将加一。如果一个充电周期内出现了了 15 次此类故障,则 FET 将永久关断。计数器的清零可通过去掉并重新施加输入电力,或利用 CE 引脚关闭并重新启动设备进行,这与 OCP 计数器清零一样。
除了保护系统免受意外不安全外部条件的损害外,该设计还可保护自身免受过热引起的损害。如果设备的结温超过了 TJ(OFF),则将切断 FET,并且 FAULT引脚将驱低。FET 在结温降到关断温度 TJ(OFF) 减去允许的滞后TJ(OFF-HYS) 以下时重新启动,以避免错误的电压触发。
通常人们都希望将信号异常状况报告给主系统,以采取进一步措施。FAULT 引脚是一个开漏输出,在过电压、过电流以及电池过电压事件中变低。如果应用不要求对 FAULT 引脚进行监控,则可以留空不接。
IC 有一个开启和关闭设备的启动引脚。当 CE 引脚为高时,则内部 FET 将关闭。当 CE 引脚为低时,则只要其它条件安全,FET 将会启动。CE 引脚有一个内部下拉电阻,并可留空不接。请注意,FAULT 引脚在 CE 引脚为高时,其功能也被禁止。
结论
现代便携式设备可以由多种类型的电源进行充电,电源的工作和故障模式通常都是设计工程师未知的。虽然使用保险丝和瞬变吸收器的传统保护电路提供了某种程度的保护,但是不能满足当今对小尺寸封装、低功耗以及快速重复响应的要求。全面集成的过电压、过电流和电池过电压电路提供了最大化的安全性和可靠性,同时又仅占用最小的板级空间,并避免了昂贵的现场退货。