推荐DS2438在锂离子电池组主控中的ESD保护和电路布局

本应用笔记向读者推荐使用达拉斯半导体DS2438电池监测器的锂离子/聚合物电池组电路参考设计。特别强调DS2438在电池组中相对于电池单元和锂离子保护电路的放置。解释了为什么必须解决这个问题以确保电池组的正确和安全操作。此外，还讨论并详细描述了ESD保护的注意事项和组件选择。

概述

本应用笔记介绍了基于DS2438的锂离子电池组的低侧n沟道安全FET的实现。本文介绍了一个专注于Li+电池安全性和ESD硬度的参考设计。ESD保护元件推荐用于DS2438直接连接在电池上、电路中存在保护FET、器件接地可能悬空的应用。本文还考虑了保护电路如何影响DS2438的工作范围和A/D精度。

Li+安全注意事项

将首先考虑安全性。Dallas建议，安全FET的Li+电池侧不应存在电路。这种连接可能会绕过安全FET，从而危及电池组的整体安全性。图 1 显示了这种情况的示例。

图1.如果达拉斯芯片位于电池侧，则绕过安全FET的潜在充电路径。

DS2438的n沟道漏极开路DQ输出驱动器的漏极至体二极管可以通过器件提供一条充电路径（如图1所示），该路径将绕过保护FET。仅当V之间的电位差时，该传导路径才会存在CHΦDQ大于二极管压降，大于V之和细胞以及R1两端的压降。虽然这种情况不太可能发生，但如果DS2438连接在安全FET的电池侧，它确实说明了绕过安全电路的可能方法。因此，Dallas建议将DS2438连接在安全FET的端子侧，除非Li+电池制造商另有建议。

达拉斯参考设计

下图2所示为DS2438相对于低侧n沟道安全FET的推荐方案。此外，Dallas推荐的无源器件主要用于保护DS2438免受ESD损坏。每个设备提供的保护如下所述：

图2.推荐用于具有低侧n沟道保护FET的单节Li+电池组的原理图。

电容 C1 在 Vcc上只是一个高频旁路帽。建议使用 0.1 μF。

VCC上的齐纳二极管D1有两个用途。它箝位在齐纳电压下，因此ESD和开关瞬变不会通过VCC损坏达拉斯芯片。在正向偏置区域，它钳位在 0.7 伏左右，从而不允许 VCC 比 GND 低 0.7 伏以上，这在 CHarge 和 DIScharge FET 均为高阻抗时是可能的。选择大于应用最大电池电压但低于DS10的0.2438 V额定值的齐纳电压。齐纳值介于 5.1 V 和 10.0 V 之间是图 2 所示电路的理想选择。

电阻R1与Vcc串联限制通过器件和保护齐纳D1的电流。建议最小R1值为510Ω，以便在接地浮动（禁用CHarge和DIScharge）的情况下提供保护。如果电路没有充电保护，并且GND永远不会处于浮动状态，则建议R1值至少为330Ω。由于DS2438的最大有功电流为100 μA，因此最差情况为50 mV。

齐纳二极管D2对DQ执行的功能与D1对Vcc执行的功能相同.选择大于应用的通信逻辑高电平的齐纳值，但低于 DQ 的 5.5 V 最大额定值。如果应用程序不允许浮动接地条件，则不需要此组件。

与DQ串联的电阻R2限制通过DQ和GND内部连接的大型ESD保护二极管以及通过外部保护二极管D2的电流。建议R2值至少为330Ω（如果接地永远不会浮动，则为100Ω），但要考虑DQ上拉电阻的大小（通常安装在主机系统中）以及DQ和主机的I/O规格 处理器，然后再设置此值。

与VAD串联的电阻R3限制通过Vcc的另一个可能的ESD路径的电流.建议R510的值至少为3Ω。在选择R3值时，请考虑可能的压降和由此产生的A/D不准确性。

总之，本应用笔记考虑了DS2438在锂离子电池组中的应用，该电池组通常采用低侧n沟道安全FET。Dallas建议DS2438连接在安全FET的端子侧，这样就不会有绕过FET的潜在充电路径。建议使用参考设计，包括提高电池组ESD硬度的无源元件，以满足IEC1000-4-2型号（±8kV直接接触，±15kV空气）的要求。