電池充電器在便攜式電源產(chǎn)品中的應(yīng)用趨勢

　　盡管是以很高的速率給電池充電，監(jiān)視電池是否安全也是很重要的。當(dāng)電池溫度降至低于0°C 或升至高于 40°C [由一個(gè)外部負(fù)溫度系數(shù) (NTC) 熱敏電阻測量] 時(shí)，LTC4155 將自動停止充電。除了這種自主式功能，LTC4155 還提供一個(gè) 7 位擴(kuò)展標(biāo)度模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，以大約 1°C 的分辨率監(jiān)視電池溫度 (參見圖 3)。結(jié)合 4 個(gè)可用的浮置電壓設(shè)定值和 15 個(gè)電池充電電流設(shè)定值，該 ADC 可基于電池溫度來建立定制的充電算法。

　　圖 3：7 位熱敏電阻器 ADC 顯示 LTC4155 的預(yù)置溫度跳變點(diǎn)

　　通過一個(gè)簡單的兩線 I2C 端口可獲得 NTC ADC 的結(jié)果，從而能調(diào)節(jié)充電電流和電壓的設(shè)定值。該 I2C 端口通過控制 16 個(gè)輸入電流的設(shè)定值 (包括 USB 2.0 和 3.0 兼容設(shè)置)，還可提供 USB 兼容性。該通信總線允許 LTC4155 指示額外的狀態(tài)信息，例如輸入電源狀態(tài)、充電器狀態(tài)和故障狀態(tài)。由于支持 USB OTG，因此無需任何額外的組件，就可以反過來向 USB 端口提供 5V 電源。

　　LTC4155 的雙路輸入、優(yōu)先級多路復(fù)用器可根據(jù)用戶定義的優(yōu)先級 (默認(rèn)的優(yōu)先級為適配器輸入) 自主地選擇最合適的輸入 (即墻上適配器或 USB)。過壓保護(hù) (OVP) 電路同時(shí)保護(hù)兩個(gè)輸入，以免這些輸入因無意間加上的高壓或反向電壓而損壞。LTC4155 的理想二極管控制器保證即使輸入功率不足或未提供輸入功率時(shí)，也始終可向 VOUT 提供足夠的功率。

　　就平板電腦、工業(yè)條碼掃描器等很多便攜式應(yīng)用而言，能管理兩個(gè)輸入 (例如 USB 和交流適配器) 就足夠了。不過，便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)師一直在尋求用任何可用電源都能給電池充電的方法

　　多種輸入源

　　用戶要用多種輸入源給電池充電有幾個(gè)原因。有些應(yīng)用也許需要擺脫電網(wǎng)的束縛，而靠太陽能電池板供電。另一些應(yīng)用則可能要求能方便地用交流適配器、汽車電池或高壓工業(yè)及電信電源充電。無論出于何種原因，這要求都給電池充電系統(tǒng)增加了極大的負(fù)擔(dān)。大多數(shù)電池充電器都利用降壓型 (開關(guān)或線性) 架構(gòu)，用高于電池最高電壓的電壓源給電池充電。以前的充電器產(chǎn)品輸入電壓一般限制為大約 30V。這樣的限制使設(shè)計(jì)師無法將電信電源或者具 42V 開路電壓的太陽能電池板作為可行的輸入電源。在有些情況下，希望使用的輸入電源電壓涵蓋了高于和低于電池電壓的范圍。設(shè)計(jì)一款應(yīng)對此類難題的解決方案通常需要混合使用高精度的電流檢測放大器、ADC、一個(gè)用于控制充電的微處理器、一個(gè)高性能 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)理想二極管或多路復(fù)用電路。

　　強(qiáng)大的充電解決方案提供無與倫比的靈活性

　　LTC4000 可將任何外部補(bǔ)償?shù)?DC/DC 電源轉(zhuǎn)換成具電源通路 (PowerPath™) 控制的全功能電池充電器。可由 LTC4000 驅(qū)動的典型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓?fù)浒ǖ幌抻冢航祲?、升壓、降?升壓、SEPIC 和反激式拓?fù)洹Ｔ撈骷峁┚_的輸入和充電電流調(diào)節(jié)，在 3V 至 60V 的寬輸入和輸出電壓范圍內(nèi)工作，實(shí)現(xiàn)了與各種不同的輸入電壓源、以及不同尺寸和化學(xué)組成的電池組的兼容性。由于該器件的通用型配置，因此其典型應(yīng)用十分廣泛，包括高功率電池充電器系統(tǒng)、高性能便攜式儀器、電池后備系統(tǒng)、配有工業(yè)電池的設(shè)備以及筆記本 / 小型筆記本電腦。

　　除了可以與很多不同的 DC/DC 拓?fù)浣Y(jié)合，LTC4000 的高壓能力還允許該器件構(gòu)成強(qiáng)大和幾乎可使用任何輸入電源 (參見圖 4 和圖 5) 的電池充電解決方案。為了確保來自這些輸入的功率傳送給合適的負(fù)載，LTC4000 采用了一種智能電源通路拓?fù)?，?dāng)輸入功率有限時(shí)，該拓?fù)淇蓛?yōu)先為系統(tǒng)負(fù)載供電。LTC4000 控制外部 PFET，以提供低損耗反向電流保護(hù)、電池的低損耗充電和放電以及即時(shí)接通工作，這樣就可以確保即使在電池沒電或深度放電時(shí)，當(dāng)一插上電源，系統(tǒng)電源就能立即可用。外部檢測電阻器提供輸入電流和電池充電電流信息，從而使 LTC4000 能與涵蓋 mW 至 kW 功率范圍的轉(zhuǎn)換器一起使用。

　　圖 4：LTC4000 和 LTC3789：6V 至 36VIN、4 節(jié) 5A 鋰離子電池充電器

　　圖 5：圖 4 電路中系統(tǒng)負(fù)載為 4A 時(shí)效率隨 VIN 的變化

　　LTC4000 的全功能電池充電控制器可為各種化學(xué)組成的電池充電，包括鋰離子 / 聚合物 / 磷酸、密封鉛酸 (SLA) 和鎳化學(xué)組成。該電池充電器還提供精確的電流檢測功能，從而在大電流應(yīng)用情況下允許較低的檢測電壓。

　　結(jié)論

　　新式便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的工作極富挑戰(zhàn)性，尤其是涉及到電源時(shí)?？蛻舨粩嘁蟾喙δ芤詫?dǎo)致需要更大的功率，結(jié)果是電池越來越大。同時(shí)，客戶希望可方便地用幾乎任何可用的電源給這些電池充電。盡管便攜式電源領(lǐng)域的這些趨勢造成了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，但是 LTC4155 和 LTC4000 讓設(shè)計(jì)工作變得簡單多了。在低壓系統(tǒng)中，LTC4155 高效率地提供高達(dá) 3.5A 的充電電流，而且提供很多高性能功能。LTC4000 可構(gòu)成強(qiáng)大的充電解決方案，而且?guī)缀蹩墒褂萌魏屋斎耄瑥亩峁┝藷o與倫比的性能和靈活性。