如何用欠壓保護(UVP)電路保護可充電電池？

與P溝道器件相比，高側(cè)N溝道MOSFET Q2可以降低成本。導(dǎo)通和關(guān)斷天生是軟開關(guān)，因此可以避免開關(guān)時的尖峰。

圖1：這個電路是為20℃條件下采用凝膠電解液的12V鉛蓄電池設(shè)計的。其它類型的蓄電池可能要求修改元件值。

工作原理

電池/蓄電池第一次連接到+Acc，電路是關(guān)斷狀態(tài)。C3放電，因此可編程參考二極管TL431A(D1)將關(guān)斷，漏電流小于1μA。電路中的所有其他單元都處于非激活狀態(tài)，Q2關(guān)斷，因為它的柵極會經(jīng)R5放電。

在此狀態(tài)下，電路等待On輸入端的激活正向脈沖——通過一個按鈕或其他控制器提供。在此脈沖期間，TL431A導(dǎo)通，為配置為振蕩器的TLC555提供電源。該振蕩器通過C2和D3在Q2的柵極電容上產(chǎn)生自舉電壓，使Q2導(dǎo)通。

在On信號消除后，電路仍維持激活狀態(tài)，因為來自分壓器R1-R2的電壓會給C3充電，從而維持從D1到Q2再回到D1的環(huán)路。

當(dāng)/Off輸入端信號變低，或達(dá)到欠壓啟動點時，電路斷開負(fù)載，并將自己關(guān)斷。

啟動點的表達(dá)式為：

Vt = (1 + R1/R2) Vref (Vref就是TL431的2.5V參考電壓)

因此 R1/R2 = Vt/ Vref - 1

為了使Iref (最大值4μA)的影響可以忽略不計，要使流經(jīng)分壓器的電流至少100倍于Iref：

R1 + R2 ≤ 30kΩ

因此對于10.8V的啟動點電壓來說，計算得到：

R2 = 30kΩ / (Vt / Vref) = 6.94 kΩ

R1 = 30kΩ - R2 = 23.06 kΩ

TL431A的參考電壓Vref公差是1%，因此R1和R2的公差應(yīng)該要好于這個指標(biāo)，以盡量避免降低啟動點精度，或者也可以增加一個微調(diào)點。

作為一個有益的經(jīng)驗，電流Iref應(yīng)該小于絕對最大額定值10mA的一半。因此：

R6 ≥ VOn/ 5mA

R6的上限定義為：

Vref = (R1 || R2) Vt / (R6 + (R1 || R2))

R6 ≤ (R1 || R2) (Vt / Vref - 1)

因此, R6 ≤ 17.8kΩ

如果你選擇的R6值接近這個極限，你就能在蓄電池耗盡時禁止任何開啟負(fù)載的企圖。/Off輸入端的優(yōu)選級比On要高。

開關(guān)Q2之后是電池電壓監(jiān)測電路，因此低的RDS(on)是電路正確工作的關(guān)鍵。

當(dāng)具有大的負(fù)載電流時，應(yīng)該盡可能減少開關(guān)次數(shù)，以減少功耗。為了在導(dǎo)通期間給Q2的柵極電容Cg快速充電，振蕩器頻率應(yīng)該要高一點(本例中大約是900kHz)。為了快速關(guān)斷，R5的值不能太高：這個關(guān)斷時間取決于R5 × Cg。

當(dāng)電路處于非激活狀態(tài)時，Q1可以防止Q2的柵極通過D2和D3連接到+Acc。具有中等增益(30-150)的任何PNP晶體管(比如2N2904)都可以使用。具有較高增益的晶體管(如BC556-BC560)可能要求減小R4的值，以便在電路關(guān)斷狀態(tài)下確保Q1也是關(guān)斷的。不過Q1應(yīng)該被流經(jīng)555的電流可靠導(dǎo)通；在接近上限頻率的條件下工作并使用小阻值的R3可確保R4上有足夠的壓降。

低功耗齊納二極管D4應(yīng)該根據(jù)Q2的VGS(max)作出選擇。

Q2主要參數(shù)的選擇與系統(tǒng)有關(guān)。因為Cg用作濾波電容，因此也需要多加注意。2nF到10nF范圍的取值應(yīng)該足夠了；更大的電容可能要求增加C2的值。根據(jù)經(jīng)驗，C2的取值范圍是從Cg到2Cg。C2的值對導(dǎo)通時間也有影響。

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