应用笔记 3191

电池与PWM充电电源短路保护


摘要 : 本应用笔记提供了一个简单的蜂窝电话电池充电系统的保护方案,避免在基带处理器闭锁时损坏电池。该电路通过监视处理器和插接操作,避免电池与PWM充电电源短路。

手机电池充电器直接受控于基带微处理器,基带微处理器通过适当的充电算法产生PWM信号控制一个低导通电阻、p沟道MOSFET (图1中的Q2)。晶体管与充电器输入端的墙上适配器相连接,为降低功率损耗、并考虑到电话内部的散热问题,墙上适配器应该具有限流功能,保证充电电流不会超出电池的充电规范要求,而且在规定的时间内能够将电池充满。

图1. 电池充电器受控于基带微处理器,如果微处理器停止运行可能造成电池过充、损坏电池。
图1. 电池充电器受控于基带微处理器,如果微处理器停止运行可能造成电池过充、损坏电池。

在图1所示充电电路中,如果基带微处理器闭锁时充电电源仍与电池相连,则有可能造成电池过充、损坏电池。为解决这一问题需在电路中添加一个监视器,对PWM输入信号进行监视。如果在规定的时间内检测不到PWM输入端信号,则切断电源与电池的连接。为保证电路的可靠性,保护电路应该独立工作、不受微处理器的制约,当PWM信号恢复时保护电路能够重新开启充电过程。

图2所示电路,利用MAX6321-HPUK30-CY带有看门狗功能的上电复位电路(IC1)监视PWM信号、控制MAX4514-CUK SPST模拟开关(IC2)的通断,保证在PWM信号消失时(微处理器停止运行)断开充电电源与电池的连接。图中:R4、D2和C1用于保护IC1和IC2,避免墙上适配器电压过高时造成芯片损坏。由于附加电路的静态电流较低(30μA),R4的选择并不严格,只要保证齐纳二极管的拐点电流(0.5mA)即可。当充电器电源断开时,保护电路没有任何供电电压,因而也不会消耗电池能量。

图2. 在图1电路中添加IC1、IC2,在处理器停止工作时提供电池保护。
图2. 在图1电路中添加IC1、IC2,在处理器停止工作时提供电池保护。

/RESET输出用于提供充电就绪指示,当/RESET输出高电平时,允许基带微处理器控制充电器工作,PWM信号通过Q1驱动控制Q2的通断。/RESET的漏极开路输出结构允许它连接到相同电源或不同电源供电的电路中。这样,不需要充电时可以将看门狗电路、PWM电路置于关断状态。

把充电器连接到充电器输入插座时将启动一次充电过程,当充电器输入电源Vcc高于3V时(对于3V的MAX6321,其型号尾缀包含有“-30”),复位定时器开始计时,经过大约200ms后/RESET输出高电平,SPST模拟开关闭合,PWM通过R1作用到Q1的基极输入端。同时,IC1的看门狗电路开始监视PWM输入,如果在1.6s内没有接收到PWM触发脉冲,/RESET输出低电平、禁止PWM输入,充电就绪指示信号将中断CPU操作(通过充电器就绪信号)。

两款IC均采用5引脚SOT23封装,额外占用的线路板空间非常小。

图3图4给出了充电电源、复位信号、看门狗检测之间的时序关系。

图3. 复位时序
图3. 复位时序

图4. 看门狗输入时序
图4. 看门狗输入时序

Vcc是充电器的输入电源,当接通充电器电源,电压上升到3V时,MAX6321进入复位周期,在此周期内禁止充电。达到超时周期后,如果基带PWM信号连接到串联开关,启动充电过程。

在复位超时时间结束时,看门狗输入监视基带PWM充电控制信号。如果没有有效的看门狗输入,复位超时计时器开始计时,从新启动一次复位过程。按照这种方式,在充电器连接时,每1.8s检测一次电池,当基带PWM信号有效时,串联功率开关将再次使能,允许PWM信号确定电池与充电器连接的占空比。