對(duì)待電池的熱插拔問題，我們需要更加留意，主要原因如下：

電池是一種最常見的熱插拔部件，我們經(jīng)常會(huì)下意識(shí)隨意熱插拔。

電池的等效阻抗都很低，一旦產(chǎn)生浪涌電流，將會(huì)非常劇烈。

以ADI的充電芯片電路LTC4015舉例，在電池接觸電路瞬間，電流會(huì)自動(dòng)流經(jīng)幾個(gè)低阻器件（采樣電阻、MOS管，灌入SYS負(fù)載端的輸出電容），從而讓電池的電位與SYS電位平衡，路徑如下圖（圖1）中的紅色箭頭所示。另外，電流也會(huì)灌入與電池并聯(lián)的電容中。

圖1 電池浪涌電流在LTC4015電路中的路徑

瞬時(shí)的電流路徑上將引起電壓振蕩，但由于LTC4015芯片具有較高的輸入輸出電壓范圍，在這個(gè)過程中造成的電壓波動(dòng)，本身并不會(huì)對(duì)電路造成致命影響。然而，還是會(huì)有不少工程師在使用此電路時(shí)，芯片被無故燒毀，真正損壞LTC4015的原因其實(shí)是路徑上采樣電阻（RSNSB）兩端的瞬時(shí)過壓。

采樣電阻接入芯片內(nèi)部電路的最高耐壓是0.3V，雖然在設(shè)計(jì)芯片時(shí)，已在此基礎(chǔ)上增加了裕量，但瞬時(shí)大電流造成的尖峰電壓幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.3V，加上如果長期反復(fù)出現(xiàn)瞬時(shí)過壓的情況，芯片勢(shì)必會(huì)被損壞。對(duì)于充電芯片的這種損壞，經(jīng)常有肉眼可見的燒毀痕跡。芯片的輸入端采樣電阻、或電池采樣電阻處都可能發(fā)生損壞，但大多數(shù)情況下都是發(fā)生在電池采樣電阻兩端，因?yàn)檩斎攵艘话愣加型晟频谋Ｗo(hù)防止過流。

在上圖（圖1）所示的放電路徑中，MOS管的角色使得浪涌電流全部被控制在芯片外部電路流動(dòng)，這可以降低芯片損壞概率。如果沒有這個(gè)MOS管，電流會(huì)進(jìn)入芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)電位平衡，從而使芯片損壞的概率更高。所以總體來看，LTC4015的電池?zé)岵灏螕p壞是偶發(fā)的。

防護(hù)電池?zé)岵灏螕p害的方法

防護(hù)浪涌電流還需要從源頭入手，也就是在熱插拔處與后端電路之間增加保護(hù)。在一些簡單的防護(hù)電路中，通常使用的是鐵氧體磁珠、磁環(huán)。它能夠顯著地抑制浪涌電流，但也會(huì)導(dǎo)致振蕩電壓更加惡化，因?yàn)樗鼤?huì)在電路中引入電感，造成額外的感應(yīng)電壓。目前更可靠的方法是使用復(fù)雜的元器件。在工程設(shè)計(jì)中，有兩類常見的浪涌電流防護(hù)電路，分立器件搭建的防護(hù)電路和使用專用浪涌防護(hù)芯片。

如下圖（圖2）所示，使用分立器件搭建的防護(hù)電路，其主要原理是通過MOS管延遲開啟電池接入電路的過程，R5、C1的阻容值能夠改變開啟延遲的時(shí)長。齊納二極管主要是為了防護(hù)MOS柵極的過壓損壞，如果系統(tǒng)接入的電池電壓是確定的，D4即不是必要的器件。

當(dāng)電池電壓不同時(shí)，電阻和電容的值也需要進(jìn)行改變，下圖（圖2）所示的阻容值是比較推薦的。另外需要注意的是，當(dāng)電池拔出時(shí)，C1中存有的電量需要通過R5泄放掉，如果需要MOS管更快地關(guān)斷，則需要在C1旁并聯(lián)泄放電阻，然而這也會(huì)導(dǎo)致泄放電阻與R5產(chǎn)生分壓，破壞電路功能平衡。綜合來看，這種分立電路需要比較合理的計(jì)算設(shè)計(jì)參數(shù)，才能夠保障電池的插、拔動(dòng)作都防護(hù)到位。

圖2 分立器件搭建的電池浪涌防護(hù)電路

使用專用浪涌防護(hù)芯片則是如下圖（圖3）所示，為ADI的LTC4380熱插拔控制器芯片，它具有很低的靜態(tài)電流，它電路中包含一個(gè)外置的MOS管，芯片將對(duì)其柵極電壓進(jìn)行箝位，在輸入側(cè)發(fā)生過壓時(shí)，芯片將會(huì)控制MOS管把輸出電壓限制在一個(gè)安全數(shù)值。

它的功能還包括設(shè)置MOS管開啟時(shí)間、反向保護(hù)、過流監(jiān)測、輸入欠壓等。在一些高可靠性的電路中，可以基于ADI的這類芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在電池?zé)岵灏味丝谑褂眠@種方式顯然成本較高，電路生產(chǎn)調(diào)試的復(fù)雜度也增加，工程師需要酌情選擇。 

圖3 LTC4380熱插拔控制器芯片

對(duì)于這類電池充電芯片，ADI也推薦更簡便的熱插拔（浪涌電流）防護(hù)方案。如下圖（圖4）所示是LTC4162充電芯片的官方開發(fā)板電路圖，其中粉色框中的電阻、二極管組合電路可以對(duì)兩處采樣電阻端進(jìn)行過壓保護(hù)。

當(dāng)然這種簡單的保護(hù)方式只是進(jìn)行被動(dòng)地防護(hù)，它并不能杜絕電池?zé)岵灏嗡查g的放電現(xiàn)象。該電路的二極管正極方向均朝向浪涌來源方向（電壓輸入端和電池端）以實(shí)現(xiàn)有效防護(hù)，二極管在電路正常工作時(shí)并不會(huì)導(dǎo)通，因?yàn)槎O管的導(dǎo)通電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于與其并聯(lián)的采樣電阻的端電壓。

另外，10歐姆電阻是用于泄放浪涌能量的，芯片的采樣端入口是高阻的，因此并不會(huì)影響芯片采樣的準(zhǔn)確性。最后需要注意的是，這種防護(hù)電路不能用于LTC4015芯片的輸入側(cè)，因?yàn)長TC4015的輸入采樣端也具備庫侖計(jì)功能，引入的防護(hù)電路會(huì)導(dǎo)致庫侖計(jì)測量結(jié)果發(fā)生偏差，在此處必須使用前述的兩種保護(hù)方案。 

圖4 LTC4162的熱插拔防護(hù)方案

總結(jié)

本文討論了電池?zé)岵灏卧斐傻碾娐酚绊懀治隽顺潆娦酒膿p壞原因，并給出了解決方案供工程師參考。電池?zé)岵灏螕p害是隱蔽且容易被忽視的危險(xiǎn)因素，根據(jù)不同的電路形態(tài)，目前有各種形式的防護(hù)電路。熱插拔保護(hù)的本質(zhì)是對(duì)浪涌電流的抑制，和振鈴電壓的保護(hù)。在電池接入端增加熱插拔防護(hù)（或浪涌抑制）電路，可以有效降低充電芯片的損壞概率，提高電路運(yùn)行可靠性。如需對(duì)接具體產(chǎn)品或了解更多熱插拔防護(hù)相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)，請(qǐng)與駿龍科技當(dāng)?shù)氐霓k事處聯(lián)系，或發(fā)送郵件至inquiry.cytech@macnica.com，駿龍科技公司愿意為您提供更詳細(xì)的技術(shù)解答。

參考資料

ADI LTC4015 產(chǎn)品頁面

ADI LTC4380 產(chǎn)品頁面

ADI LTC4162 產(chǎn)品頁面