RS393在锂电池充电热管理系统中的应用
2022-03-08本文以RS393为例，阐述如何将窗口比较电路应用于锂电池充电温度控制电路。分析窗口比较器的工作原理以及滞回电路中的计算。
RS393的主要参数：
●供电范围：+ 1.8V至+ 5.5V
●低静态电流Vs = 5V时50μA/ch(TYP)
●输入共模电压范围:(V-)-0.1V to (V+)+0.1V
●低输出饱和电压：150mV(TYP)
●群延时（H to L@5V）：185ns
●开漏输出
锂电池充电电路中做温度控制的必要性：
当环境中的温度较低时，电池的实际可用容量将迅速发生衰减。如果温度过低（如低于0℃）时，对锂电充电可能引发瞬间电压过冲，造成内部短路。电池温度过热则可能会引起冒烟、起火甚至爆炸等事故。
电池最适宜的充电温度约为10℃到30℃之间，过高或者过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。只有准确的测量出电池的环境温度，才能分别在低温和高温环境下对电池进行预热和散热。
温度控制电路的设计：
使用RS393搭建成的窗口比较器，用于锂电池温度的检测：
图1 窗口比较电路
锂电池的温度，此处使用PTC（正温度系数热敏电阻）的方式获得。为计算方便，假设热敏电阻在10℃时的阻值为15KΩ，在30℃时阻值为5KΩ。将图中两个比较器电路的输入和输出分别并联起来。当输入信号小于2.5V或者大于3.75V时，电路输出低电平；当输入信号介于2.5V和3.75V之间的时候，电路输出高电平，这就构成了一个窗口比较器。
滞回窗口比较电路的设计与必要性分析：
图1的电路接法，当比较器的输入信号缓慢接近正向/负向门电平时，叠加在信号上的干扰脉冲极有可能会引起输出的误翻转，导致误判。对此，滞回电路是一个最优的解决方案，图2为增加了正反馈电阻后的滞回窗口比较电路。
图2 滞回窗口比较电路
使用节点电压法分别对比较器的输入、输出电压节点分析。得出窗口比较器的上限阈值电压Vupp和Vupn；下限阈值电压Vdown和Vdownn。以正温度系数的PTC热敏电阻为例，不同阈值的电压与温度的对应关系如下表所示：
电压值 |
温度值 |
|
Vupp |
3.75V |
30℃ |
Vupn |
3.54V |
25℃ |
Vdownp |
2.93V |
15℃ |
Vdownn |
2.48V |
10℃ |
表1 不同阈值电压与温度对应关系
滞回窗口比较电路仿真波形如下：
图3 滞回窗口比较电路波形图
由图3可见，增加滞回后的窗口比较器电路，就可以避免振铃现象对电路输出的干扰。
附录：月博科技比较器选型树状图
