用于 48V 電源的完整單 IC 電源管理電池維護 / 后備系統(tǒng)

對于許多便攜式設備 (例如：工作在低電壓和低功率級別的智能手機或平板電腦)，我們擁有現(xiàn)成的精致、單 IC 電源管理解決方案。面向高功率和高電壓系統(tǒng) (比如：許多工業(yè)或醫(yī)療設備所需的此類系統(tǒng)) 的電源管理解決方案通常需要使用笨重和復雜的專用分立式組件解決方案。LTC4020 把先進的電源管理功能整合到一款高電壓和高功率單 IC 解決方案中，從而簡化了這些環(huán)境中的電源管理。

LTC4020 具有一個四開關降壓 / 升壓型 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器、針對優(yōu)化電池充電的支持、以及凌力爾特專有的電源通路 (PowerPathTM) 系統(tǒng) / 電池電源管理功能。LTC4020 能針對負載變化、電池充電要求和輸入電源限制條件來管理系統(tǒng)輸入電源、后備電池和轉(zhuǎn)換器輸出之間的功率分配。

單電感器 DC/DC 降壓 / 升壓控制器可接受高達 55V 的輸入電壓，并產(chǎn)生低于、高于或等于輸入電壓的輸出電壓。內(nèi)置的電池充電器可通過配置以提供專為基于鋰的電池而優(yōu)化的恒定電流 / 恒定電壓 (CC/CV) 充電模式、3 級鉛酸電池充電模式或者改進型定時器充電終止恒定電流算法 (CC)，該算法類似于鋰電池充電模式，但其不包含低電壓預查驗和充電周期重啟功能。

采用 CC 模式充電以放寬針對 48V 鉛酸電池充電器的規(guī)則要求

當 LTC4020 被配置在專為鉛酸電池而優(yōu)化的充電模式中時，吸收充電期間的調(diào)節(jié)電壓為典型電池系統(tǒng)電壓的 120% (即：對于一個“12V”鉛酸電池為 14.4V)。不幸的是，內(nèi)置的鉛酸電池充電算法不能用于 48V 系統(tǒng)電池，因為吸收充電電壓將超過 LTC4020 的最大工作電壓。這可以通過實現(xiàn)一個采用恒定電流 (CC) 充電算法的高電流浮動充電器來輕松地解決。

CC 充電算法通過將 LTC4020 的 MODE 引腳置于不連接狀態(tài)來啟用。一個反饋電阻分壓器負責設置對應于 VFB = 2.5V 的期望電池浮動充電電壓。CC 充電算法啟用最大編程充電電流，直至達到浮動調(diào)節(jié)電壓。當保持浮動調(diào)節(jié)電壓時，鉛酸電池浮動充電器必須能夠持續(xù)地向電池供應電流，因此充電功能不會終止。 CC 充電模式能夠通過設定 TIMER = 0V 來適應這一要求，采用這種設置將停用定時器功能，進而停用充電終止功能，于是充電循環(huán)將無限期地繼續(xù)下去。

具有后備鉛酸電池的 48V 系統(tǒng)電源

圖 1 示出了將 LTC4020 配置為具有一個集成型后備電池浮動充電器的 48V 系統(tǒng)電源之情形。該電源的核心組件是一個平均電流模式降壓 / 升壓型 DC/DC 控制器，其采用了 4 個外部 NFET 作為開關元件，能提供 265W 的可用系統(tǒng)輸出功率。

圖 1：具有 265W 轉(zhuǎn)換器輸出能力、5A 電池充電電流和 53.75V 系統(tǒng) / 浮動充電電壓輸出的 36V~55V 至 24 節(jié)鉛酸電池 (48V) 浮動充電器 / 系統(tǒng)電源

該轉(zhuǎn)換器依靠一個 36V 至 55V 的輸入電源供電運作，其平均電感器電流被限制在 8.3A。轉(zhuǎn)換器電流限值利用兩個與 SiS862DN 開關 FET M1 和 M2 相串聯(lián)的 6mΩ 檢測電阻器 (RSENSE1 和 RSENSE2) 來設置。在整個工作電壓范圍內(nèi)，DC/DC 轉(zhuǎn)換器可在其輸出端上提供至少 5A 的電流。

RSHDN1 和 RSHDN2 在 SHDN 引腳上形成了一個分壓器，其負責將輸入停機電壓設定為 VIN = 35V，從而在輸入低于 35V 時停用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和電池充電器功能，這就可在電源使能時提供滿負載電流。這里使用的 SiS862DN 開關 FET 具有各 10nC 左右的典型 QG，因此，當利用電阻器 RT 將工作頻率設定為 250kHz 時，VIN = 55V 條件下的 QG(TOTAL) • fO 處在 LTC4020 的規(guī)定 INTVCC 傳輸元件 SOA 指標范圍內(nèi)。

如前文所述，該 IC 采用一種恒定電流 / 恒定電壓充電模式來對一個含 24 節(jié) (48V) 鉛酸電池的后備電池組進行充電和保持。最大電池充電電流由 RCS 設置為 5A，到實現(xiàn)了 53.75V 的滿充電浮動電壓時可提供該電流。電池電壓利用一個電阻分壓器 (RFB1 和 RFB2) 來監(jiān)視，其負責設置 53.75V (即每節(jié)電池 2.24V) 的滿充電浮動電壓。該分壓器通過 FBG 引腳來參考，當 LTC4020 處于運作狀態(tài)時，F(xiàn)BG 引腳短路至地，而當該 IC 停用時，F(xiàn)BG 引腳則變至高阻抗，從而減小了電池上的寄生負載。

LTC4020 優(yōu)先向系統(tǒng)負載和電池充電功能電路供電，而系統(tǒng)負載的優(yōu)先級始終高于充電電源，因此在承擔重負載期間如有必要將減小電池充電電流。倘若系統(tǒng)負載超過了 LTC4020 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的供電能力，那么電池電流將改變方向，而且負載電流將由電池提供以補充轉(zhuǎn)換器輸出。

當 VIN 電源斷接時，所有的 LTC4020 功能將終止，電池負責向輸出提供所需的功率。從電池經(jīng)由轉(zhuǎn)換器的反向傳導被開關 FET M4 所阻斷，電池電壓監(jiān)察電阻分壓器通過引腳 FBG 實現(xiàn)斷接，流入 IC 的總電池電流減小至 10µA 以下，從而可在需要一種無負載儲存條件時最大限度地延長電池壽命。

圖 2：針對圖 1 所示電路的最大電池充電電流

圖 3：可用轉(zhuǎn)換器輸出電流 (系統(tǒng)負載電流 + 電池充電電流) 與輸入電壓的關系

結(jié)論

LTC4020 是一款單 IC 電源管理解決方案，適用于任何需要電池后備或電池供電型遠程操作的高功率設備。集成型降壓 / 升壓 DC/DC 控制器能夠為一個高于、低于或等于輸入電壓的電壓軌供電。該 IC 運用了一種智能電源通路 (PowerPath) 拓撲，其將控制器輸出合并到一個全功能多化學組成電池充電器中。該充電器包括一個用于充電循環(huán)控制和實時充電循環(huán)監(jiān)察的內(nèi)部定時器，其采用二進制編碼狀態(tài) 引腳。三種引腳可選的充電模式利用優(yōu)化的充電特性提供了適合大多數(shù)常見電池類型的通用性。