1  引言
电池供电的便携式装置，如手机已成为人们日常生活中的重要组成部分。许多类型的适配器可用来为锂离子（Li-ion）电池充电，并为系统供电，而各制造商的电气规格通常是不同的。这对系统设计师构建便携式装置提出了要求，在采用不同适配器时均符合安全和可靠性需求。介绍了一种新型电池充电器前端（CFE）器件，即德州仪器（TI）公司的bq243xx，该器件专门做了优化，以提高锂离子供电系统的安全性。充电系统将电池充电器器件、保护模块和bq243xx CFE集中在一个电池盒内，提供更强大的系统级保护。
2充电系统的主要安全考虑
输入过压、输入过流、电池电压过大或反向输入电压都可能导致充电系统损坏。
带电插拔适配器或适配器使用不当会引起输入过压；瞬时过压或稳态过压也会导致输入过压。对正在充电、非稳压的适配器进行带电插拔，适配器使用不当或负载瞬变是最常见的引发过压的事件。空载时非稳压适配器将对适配器的输出电容充电，充电至整流输入电压的峰值，约为额定直流电压的1.4倍。这对于“低压制程”（ V工艺）的器件来说往往会造成问题。图1为典型稳压适配器输出电压与非稳压适配器的负载曲线。
输入过流不会导致独立式充电器损坏，因为它们的恒定电流模式限制了输出或电池电流大小。然而，电源路径管理器件的输入与系统总线电压直接相连，通常未有针对大电流的保护机制。近来，设计人员对限制电流模式下工作的适配器安全性给予较多关注，并期望能借助于可编程电流限制电路来确保适配器不进入限流模式。
众所周知，高温下锂离子电池和锂聚合物电池组过充电，就可能发生“爆炸起火”。产生过充电的主要原因是电池电压过高。为了提高电池的安全性，许多制造商都加入了二级过压保护以在检测到电池电压过高时移走输入电源。
采用通用连接器时，应注意反极性适配器是否连接到输入。若没有输入反极性保护，衬底和集成电路间的寄生二极管将成为正向偏置，造成器件故障或损坏。实现输入反极性保护的两个基本解决方案如图2所示。第一种解决办法是在输入端串联一只二极管，以阻止反向电流。不过，这将导致功耗增加。第二种解决办法是在输入端串联一只低RDS(ON)的MOSFET，尽量减少功耗。
3提高电池充电器安全性的CFE解决方案
图3为bq243xx CFE电池充电系统典型应用电路。CFE将高输入电压和低压充电器与系统隔离开，保护系统免受输入过压损坏。bq243xx系列器件具有软启动，可避免浪涌电流并提供输人电流调节和保护、输出过压限制/调节电池过压保护。有些功能是可选的，如驱动外部FET实现反极性保护的PGATE，故障状态指示，可编程的输入电流极限，启用／禁止的输入电源。
图4为bq24314 CFE输入电压典型响应。一旦输入电压达到预定的输入电压，内部MOSFET开关立即关闭，延时时间小于1μs。
  当系统负载超过输人限流时，CFE激活输入电流调节环路并提供CFE设置的最大限流。在某一过流消隐时间，过流保护启动15次后，CFE将关闭MOSFET，进入打嗝模式或闭锁模式（具体取决于器件版本）。bq24314 CFE打嗝模式和闭锁模式典型响应如图5所示。
CFE的另一功能是实现电池二级过压保护以提高安全性，虽然电池组本身可通过关闭与电池串联的保护MOSFET实现电池过压保护。当电池由于电池充电器或保护MOSFET故障而过充时，CFE将关闭其输出，延迟时间为176μs，并在电池不再过压时恢复。bq24314 CFE针对电池过压的典型响应如图6所示。
4结束语
CFE完全集成了输入过压、输入过流、电池过压和反向输入极性保护，可以显著提高电池供电系统的安全性。

转载自《国外电子元器件》（2008年第9期）