隨著家用和工業用無線電器逐漸普及，電池放電保護的需求也隨之出現。兩個突出的例子為自動割草機和掃地機器人，它們需要充電或閒置時會自動返回充電座。

無線電器上的安全隔離

自走式電器連接充電器的方式，通常是將電器上的一對金屬接點與充電器上的對應接點對準。由於這些接點通常位於電器底部，當電器通過裸露的金屬物體時可能會有短路風險。掃地機器人有可能通過地毯的金屬壓線條，或是割草機會碰到草地中隱藏的各種金屬物體。

因此，無人看管的自動化電器的操作安全需要謹慎考慮，尤其是充電端口發生短路時，有可能會釋放非常高的電池放電電流。

電池放電保護

保護充電接點進而避免短路有許多不同方法。安裝可移動的保護罩或保護蓋，當電器與充電器斷開連結時可以提供保護，或者可以將接點設計為回縮式。但是這種機構設計會增加額外成本，而且保護罩可能會破裂或發生故障。另外，也可以在電路設計中加入機械操作開關，以便在電器與充電器斷開後自動隔離接點。

但如果使用電子保護電路，就不需要可移動的零件，還可提供更穩健可靠的解決方案。可採用的一種方式是透過簡單的二極體配置。然而二極體正向偏置時，兩端的壓降會降低傳送到電池的充電電壓，進而導致不想要的功率耗損。

具有典型正向電壓 V_F=0.55V 特性的二極體整流器會導致3A充電電流下消耗 1.65W（P = I x V_F）。

某些電器製造商會藉由使用MOSFET實現反向放電保護來克服這個問題。開啟充電時，MOSFET的低導通電阻（R_DS（on））確保充電電壓降幅最小，進而確保最佳充電效率和電池運作時間。此外，功率耗損也會降至最低。

具有R_DS（on）為33mΩ特性的P型MOSFET（例如 DMP4047LFDE），可將電池充電電壓降幅僅為99mV，從而將功率耗損大幅降低至 0.297W（P = I² x R）。

理想二極體控制器

DZDH0401DW簡化控制MOSFET所需的電路設計。該元件是一款理想二極體控制器，採用小巧的SOT363 封裝技術，尺寸僅為 2.15mm x 2.1mm x 1mm。小尺寸有助於工程師設計內部空間受限的設備，例如無線電器和小型電動工具。該元件也可以用於備援電源和熱插拔電源，以及通用型高側閘極驅動，從而提供高側隔離開關解決方案。

DZDH0401DW適用於操作電壓最高達40V的系統，通過驅動P通道MOSFET模擬理想二極體。該元件工作時等同於差動放大器和PMOS控制器，當輸入端感測到電壓大於輸出端電壓時，可以將正向電流損耗降至最低。相反地，當感測到輸入電壓小於輸出電壓時，能夠提供高度隔離。

圖一 : 電器的電池放電保護電路

圖一顯示無線電器上的電池放電保護應用電路。連接電源時，MOSFET（Q1）的本體二極體（Body Diode）成正向偏壓。DZDH0401DW 內部汲極（Drain Diode）二極體將整合 PNP雙極電晶體的基極保持在V_IN – V_F（DIODE），導致電晶體沒有足夠的 VBE 來開啟。當Q1的閘極電容（Gate Capacitance）透過外部連接的電阻器 Rbias 充電時，Q1 會開啟並且其 R_DS降低，導致VDS同步降低。電晶體兩端的V_BE因而開始上升並使電晶體導通。當Q1 R_DS達到最低值（R_DS（on））時，整合電晶體的VBE位於最高值，且IC為最大值。在這些條件下，V_GS應該要足夠高以確保線性運作。

Rref和Rbias分別透過汲極二極體（Drain Diode）和整合電晶體的集電極（Collector）來設定電流，使V_F（DIODE）大於V_BE（on）。Rbias決定MOSFET的導通速度。當理想二極體電路導通時，內部電晶體會由汲極二極體關斷，導致MOSFET電壓下降。Rbias將閘極拉低並開啟MOSFET。選擇電阻器的值將電路的靜態電流運作降至最低。

斷開電源時，移除輸入電壓，V_DS會小於控制器的關閉閾值電壓（V_T）。由於Q1仍然處於開啟狀態，V_IN節點與電池的V_OUT相同。這會導致Rref的壓降V_REF下降。當內部電晶體導通時，Q1閘極電容透過其放電，MOSFET關閉，進而在輸入和輸出之間實現高度隔離。Rref的值決定MOSFET的關閉速度。較低的電阻值會增加電晶體的基極驅動，因此電晶體能更快速地使閘極短路，從而關閉MOSFET。

圖二 : 自動割草機和掃地機器人的設計中對電池放電保護的新需求。

結論

具有低導通電阻（R_DS（on））特性的MOSFET，作為理想二極體進行控制時，可以有效應用於消費性電器的電池放電保護，這也一直是反向電流保護和電源OR-ing電路的首選元件。簡單的單晶片控制器能夠簡化實作，有效節省空間、提升電池效能並增加能源效率。

（本文作者Shane Timmons為Diodes 公司分立產品行銷經理）