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(nèi)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(jié)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(shù)（PTC）熱敏電阻便是此類(lèi)器件之一。

PTC熱敏電阻器負(fù)責(zé)限制在AUX電池與電池間連接的峰值電流。當(dāng)AUX電池與所連接電池之間的差分電壓（VDIFF）相對(duì)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(xiàn)出恒值電阻器的特性。當(dāng)VDIFF增加時(shí)，電流增大，且PTC的溫度升高。如圖1所示，當(dāng)PTC的溫度達(dá)到其居里點(diǎn)（Curie point）時(shí)，其電阻急劇增加。一旦達(dá)到居里點(diǎn)，則由PTC的電阻對(duì)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(yù)測(cè)LTC3305的平衡電流需要為介于AUX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(yīng)商處獲得，或在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生。一旦獲知了總的電路電阻，接著就可以采用PTC電流-電壓特征曲線(xiàn)來(lái)計(jì)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(yù)測(cè)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(dāng)對(duì)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(duì)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(cè)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(fù)端的互連電阻。下面的表達(dá)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(shù)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(duì)各種不同VDIFF之平衡電流的軌跡。當(dāng)VDIFF增加時(shí)，平衡電流沿著總電阻曲線(xiàn)增大。當(dāng)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(dǎo)地位。居里點(diǎn)電流在產(chǎn)品手冊(cè)中被稱(chēng)為跳變電流。隨著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(fù)斜率。

圖3：疊加在PTC特征曲線(xiàn)之上的RTOTAL線(xiàn)

最后，在AUX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(dāng)VDIFF減小時(shí)，則在另一方向遵循I-V特征曲線(xiàn)。隨著VDIFF的減小，平衡電流遵循RTOTAL I-V曲線(xiàn)而增大，直至其達(dá)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(shè)計(jì)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(yàn)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(duì)每個(gè)電池和輔助電池的VDIFF可采用下式計(jì)算：

VDIFF = IPTC.（ESRAUX + ESRBAT + NFET.RDS（ON））+ VPTC

圖4：設(shè)計(jì)實(shí)例PTC I-V特征曲線(xiàn)

圖5示出了流經(jīng)系統(tǒng)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(tǒng)曲線(xiàn)是作為VDIFF之函數(shù)的平衡電流之軌跡。由于電路內(nèi)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。隨著差分電壓的增加，兩根曲線(xiàn)彼此重疊，這是因?yàn)镽PTC在RTOTAL中占主要地位。

圖5：系統(tǒng)I-V特征曲線(xiàn)。至VDIFF的系統(tǒng)曲線(xiàn)和至VPTC的PTC曲線(xiàn)

當(dāng)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(duì)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(jié)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(guī)定的跳變電流和冷電阻參數(shù)以及其他的平衡電路寄生電阻，就能針對(duì)電池與輔助電池之間各種不同的差分電壓來(lái)預(yù)測(cè)平衡電流。