LTC3305是一款鉛酸電池平衡器，其采用一個(gè)輔助電池或一個(gè)可供替代的蓄電池（AUX）與串接式電池組內部的個(gè)別電池之間來(lái)回傳輸電荷。平衡器控制外部NMOS開(kāi)關(guān)以把輔助電池順序地連接至電池組中的每節電池。為了防止損壞NMOS開(kāi)關(guān)及其互連PCB走線(xiàn)，需要使用一個(gè)電流限制器件。陶瓷正溫度系數（PTC）熱敏電阻便是此類(lèi)器件之一。
PTC熱敏電阻器負責限制在A(yíng)UX電池與電池間連接的峰值電流。當AUX電池與所連接電池之間的差分電壓（VDIFF）相對較小時(shí)，流過(guò)PTC的電流處于低水平，其溫度也很低，而且PTC呈現出恒值電阻器的特性。當VDIFF增加時(shí)，電流增大，且PTC的溫度升高。如圖1所示，當PTC的溫度達到其居里點(diǎn)（Curie point）時(shí)，其電阻急劇增加。一旦達到居里點(diǎn)，則由PTC的電阻對電流加以限制。這樣，PTC就起到了一個(gè)恒定功率器件的作用，可在VDIFF增加時(shí)限制通過(guò)的電流。
預測LTC3305的平衡電流需要為介于A(yíng)UX電池和被平衡電池之間的總電路電阻繪制一幅電流-電壓曲線(xiàn)圖。然后把這根線(xiàn)疊加在PTC的電流-電壓（I-V）靜態(tài)特征曲線(xiàn)上（圖2）。PTC電流-電壓特征曲線(xiàn)可從PTC供應商處獲得，或在實(shí)驗室中產(chǎn)生。一旦獲知了總的電路電阻，接著(zhù)就可以采用PTC電流-電壓特征曲線(xiàn)來(lái)計算流過(guò)電池和AUX電池的電流。
圖1：Murata PTC的電阻-溫度特性
圖2：PTC電流-電壓特征曲線(xiàn)
預測平衡電流
AUX電池與電池之間的總電路電阻包括AUX電池的ESR （ESRAUX）和電池的ESR （ESRBAT）、MOSFET開(kāi)關(guān)的RDS（ON）和PTC電阻（RPTC）。當對BAT1和BAT4進(jìn)行平衡時(shí)，在電路中有4個(gè)串聯(lián)的（NFET = 4）MOSFET開(kāi)關(guān)，而對BAT2和BAT3實(shí)施平衡時(shí)電路中則具有5個(gè)串聯(lián)的（NFET = 5） MOSFET開(kāi)關(guān)（見(jiàn)LTC3305產(chǎn)品手冊的第一頁(yè)）。電池和輔助電池之間的任何互連電阻都可集總到各自的電池和AUX電池的ESR中。該互連電阻必須包括正和負端的互連電阻。下面的表達式給出了輔助電池與電池之間的總電阻（RTOTAL），式中的NFET為串聯(lián)MOSFET開(kāi)關(guān)的數量。
RTOTAL = ESRAUX + ESRBAT + RPTC + NFET.RDS（ON）
圖3示出了疊加在PTC I-V特征曲線(xiàn)上的RTOTAL線(xiàn)。箭頭線(xiàn)是針對各種不同VDIFF之平衡電流的軌跡。當VDIFF增加時(shí)，平衡電流沿著(zhù)總電阻曲線(xiàn)增大。當該差分電壓產(chǎn)生了一個(gè)超過(guò)居里點(diǎn)電流的平衡電流時(shí)，PTC電阻增加，并最終在總的電路電阻中居主導地位。居里點(diǎn)電流在產(chǎn)品手冊中被稱(chēng)為跳變電流。隨著(zhù)PTC電阻的不斷增加，平衡電流驟降，并逐漸接近PTC I-V曲線(xiàn)的負斜率。
圖3：疊加在PTC特征曲線(xiàn)之上的RTOTAL線(xiàn)
最后，在A(yíng)UX電池和被平衡的電池之間傳輸了足夠的電荷，而且VDIFF開(kāi)始下降。當VDIFF減小時(shí)，則在另一方向遵循I-V特征曲線(xiàn)。隨著(zhù)VDIFF的減小，平衡電流遵循RTOTAL I-V曲線(xiàn)而增大，直至其達到居里點(diǎn)電流為止。PTC電阻在該點(diǎn)上保持恒定，而平衡電流的變化則遵循RTOTAL線(xiàn)。
設計實(shí)例
這里的實(shí)例采用了一個(gè)具有1.9A跳變電流和0.27Ω冷電阻的PTC（PTGLASARR27M1B51B0）。圖4中示出的PTC I-V曲線(xiàn)是在實(shí)驗室得出的。輔助電池和電池的ESR分別為100mΩ和50mΩ。四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)各具10mΩ的RDS（ON）。針對每個(gè)電池和輔助電池的VDIFF可采用下式計算：
VDIFF = IPTC.（ESRAUX + ESRBAT + NFET.RDS（ON））+ VPTC
圖4：設計實(shí)例PTC I-V特征曲線(xiàn)
圖5示出了流經(jīng)系統的電流與各種不同的VDIFF值以及流過(guò)PTC的電流（或平衡電流IBAL）之間的關(guān)系曲線(xiàn)。系統曲線(xiàn)是作為VDIFF之函數的平衡電流之軌跡。由于電路內部寄生電阻兩端的附加電壓降，差分跳變電壓升至高于PTC跳變電壓。隨著(zhù)差分電壓的增加，兩根曲線(xiàn)彼此重疊，這是因為RPTC在RTOTAL中占主要地位。
圖5：系統I-V特征曲線(xiàn)。至VDIFF的系統曲線(xiàn)和至VPTC的PTC曲線(xiàn)
當差分電壓高于VTRIP時(shí)，由于PTC電阻不斷增加，因此平衡電流較低。對于低于VTRIP的差分電壓，平衡電流為差分電壓除以總電路電阻。一個(gè)12.5V的電池電壓和一個(gè)12.0V的輔助電池電壓將產(chǎn)生1.12A平衡電流，這與圖5所示的I-V曲線(xiàn)是吻合的。
結論
LTC3305可平衡一個(gè)串接式鉛酸電池組和一個(gè)輔助蓄電池兩端的電壓。平衡電流可以利用一個(gè)陶瓷PTC熱敏電阻來(lái)控制。采用PTC熱敏電阻規定的跳變電流和冷電阻參數以及其他的平衡電路寄生電阻，就能針對電池與輔助電池之間各種不同的差分電壓來(lái)預測平衡電流。
|
