随着家用和工业用无线电器逐渐普及，电池放电保护的需求也随之出现。两个突出的例子为自动割草机和扫地机器人，它们需要充电或闲置时会自动返回充电座。

无线电器上的安全隔离

自走式电器连接充电器的方式，通常是将电器上的一对金属接点与充电器上的对应接点对准。由於这些接点通常位於电器底部，当电器通过裸露的金属物体时可能会有短路风险。扫地机器人有可能通过地毯的金属压线条，或是割草机会碰到草地中隐藏的各种金属物体。

因此，无人看管的自动化电器的操作安全需要谨慎考虑，尤其是充电端囗发生短路时，有可能会释放非常高的电池放电电流。

电池放电保护

保护充电接点进而避免短路有许多不同方法。安装可移动的保护罩或保护盖，当电器与充电器断开连结时可以提供保护，或者可以将接点设计为回缩式。但是这种机构设计会增加额外成本，而且保护罩可能会破裂或发生故障。另外，也可以在电路设计中加入机械操作开关，以便在电器与充电器断开後自动隔离接点。

但如果使用电子保护电路，就不需要可移动的零件，还可提供更稳健可靠的解决方案。可采用的一种方式是透过简单的二极体配置。然而二极体正向偏置时，两端的压降会降低传送到电池的充电电压，进而导致不想要的功率耗损。

具有典型正向电压 V_F=0.55V 特性的二极体整流器会导致3A充电电流下消耗 1.65W（P = I x V_F）。

某些电器制造商会藉由使用MOSFET实现反向放电保护来克服这个问题。开启充电时，MOSFET的低导通电阻（R_DS（on））确保充电电压降幅最小，进而确保最隹充电效率和电池运作时间。此外，功率耗损也会降至最低。

具有R_DS（on）为33mΩ特性的P型MOSFET（例如 DMP4047LFDE），可将电池充电电压降幅仅为99mV，从而将功率耗损大幅降低至 0.297W（P = I² x R）。

理想二极体控制器

DZDH0401DW简化控制MOSFET所需的电路设计。该元件是一款理想二极体控制器，采用小巧的SOT363 封装技术，尺寸仅为 2.15mm x 2.1mm x 1mm。小尺寸有助於工程师设计内部空间受限的设备，例如无线电器和小型电动工具。该元件也可以用於备援电源和热??拔电源，以及通用型高侧闸极驱动，从而提供高侧隔离开关解决方案。

DZDH0401DW适用於操作电压最高达40V的系统，通过驱动P通道MOSFET模拟理想二极体。该元件工作时等同於差动放大器和PMOS控制器，当输入端感测到电压大於输出端电压时，可以将正向电流损耗降至最低。相反地，当感测到输入电压小於输出电压时，能够提供高度隔离。

图一 : 电器的电池放电保护电路

图一显示无线电器上的电池放电保护应用电路。连接电源时，MOSFET（Q1）的本体二极体（Body Diode）成正向偏压。DZDH0401DW 内部汲极（Drain Diode）二极体将整合 PNP双极电晶体的基极保持在V_IN － V_F（DIODE），导致电晶体没有足够的 VBE 来开启。当Q1的闸极电容（Gate Capacitance）透过外部连接的电阻器 Rbias 充电时，Q1 会开启并且其 R_DS降低，导致VDS同步降低。电晶体两端的V_BE因而开始上升并使电晶体导通。当Q1 R_DS达到最低值（R_DS（on））时，整合电晶体的VBE位於最高值，且IC为最大值。在这些条件下，V_GS应该要足够高以确保线性运作。

Rref和Rbias分别透过汲极二极体（Drain Diode）和整合电晶体的集电极（Collector）来设定电流，使VF（DIODE）大於VBE（on）。Rbias决定MOSFET的导通速度。当理想二极体电路导通时，内部电晶体会由汲极二极体关断，导致MOSFET电压下降。Rbias将闸极拉低并开启MOSFET。选择电阻器的值将电路的静态电流运作降至最低。

断开电源时，移除输入电压，V_DS会小於控制器的关闭??值电压（V_T）。由於Q1仍然处於开启状态，V_IN节点与电池的V_OUT相同。这会导致Rref的压降V_REF下降。当内部电晶体导通时，Q1闸极电容透过其放电，MOSFET关闭，进而在输入和输出之间实现高度隔离。Rref的值决定MOSFET的关闭速度。较低的电阻值会增加电晶体的基极驱动，因此电晶体能更快速地使闸极短路，从而关闭MOSFET。

图二 : 自动割草机和扫地机器人的设计中对电池放电保护的新需求。

结论

具有低导通电阻（R_DS（on））特性的MOSFET，作为理想二极体进行控制时，可以有效应用於消费性电器的电池放电保护，这也一直是反向电流保护和电源OR-ing电路的首选元件。简单的单晶片控制器能够简化实作，有效节省空间、提升电池效能并增加能源效率。

（本文作者Shane Timmons为Diodes 公司分立产品行销经理）