具集成型功率器件的I2C控制型電池電源管理IC

可采用任何 5V 電源給高容量電池充電，同時(shí)保持低運(yùn)行溫度

便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員面臨著這樣的挑戰(zhàn)，就是要開發(fā)出既“無(wú)所不能”同時(shí)又可在一次電池充電之后“永久運(yùn)行”的設(shè)備。雖然不可能完全解決這一難題，但電池技術(shù)的逐代升級(jí)進(jìn)步至少是在逼近該目標(biāo)。由于許多便攜式設(shè)備目前已擁有了色彩鮮亮的大型觸感顯示屏、多內(nèi)核 CPU 和圖形處理器、以及各種各樣用于在地球任何地方實(shí)現(xiàn)高速通信的無(wú)線調(diào)制解調(diào)器，因此高容量電池是不可或缺的。電池制造商已憑借容量超過(guò) 30瓦特-小時(shí) (Wh) 的輕量緊湊型電池滿足了上述要求。

雖然 USB 已成為設(shè)備互連、同步和數(shù)據(jù)交換的主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，但其功率輸送能力卻未能跟上電池的需求。USB 2.0 可允許 2.5W 的最大負(fù)載，USB 3.0 則將該限值提高至 4.5W。即使具有理想的效率，以及所有的電能都直接進(jìn)入電池，采用 USB 的完整充電周期仍然需要整個(gè)夜晚。雖然 USB 不適合用作大容量電池的主電源，但在可能的情況下幸好有這電源，所以其仍然具有極大的價(jià)值，并且當(dāng)設(shè)備與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相連時(shí)，就可避免電池消耗。

兩全其美

LTC4155 是一款單片式開關(guān)電池充電器，可在緊湊的 PCB 占板面積內(nèi)高效地提供 3.5A 充電電流。圖 1 示出了典型應(yīng)用中所需的組件。2.25MHz 開關(guān)頻率允許使用小的電感器和旁路電容器，從而最大限度地縮減總體 PCB 占用面積。

圖 1：I2C 控制型高功率電池充電器 / USB 電源管理器

即使在充電電流達(dá)幾個(gè)安培的情況下，高效率 (圖 2) 也是至關(guān)緊要的，不僅對(duì)于實(shí)現(xiàn)可用輸入功率的最優(yōu)利用，對(duì)于控制便攜式設(shè)備內(nèi)部的功率耗散也是如此。在嚴(yán)密封閉的空間里，高功率耗散與勉強(qiáng)合格的散熱性能之組合將使一部采用低效充電解決方案的設(shè)備溫度過(guò)高，用戶拿在手里會(huì)很不舒服。為了幫助保持設(shè)備的低運(yùn)行溫度，LTC4155 的集成型電源開關(guān)具有遠(yuǎn)低于 100m? 的導(dǎo)通電阻。

圖 2：開關(guān)穩(wěn)壓器效率

雖然 LTC4155 的電源開關(guān)規(guī)格是為處理高于 USB 限值的電流而確定的，但 LTC4155 保持了與 USB 規(guī)范的全面兼容性以便提供充電。輸入電流在內(nèi)部自動(dòng)測(cè)量，并被限制為 16 種 I2C 用戶可選值中的任一種。在這些設(shè)定值中，有 3 種對(duì)應(yīng)于保證的最大限值：100mA 和 500mA (對(duì)于 USB 2.0) 以及 900mA (對(duì)于 USB 3.0)。另外，通過(guò)選擇其他最大值高達(dá) 3A 的限流設(shè)定值中的任一種，自動(dòng)輸入電流限制功能還可與 AC 適配器或其他電源配合使用。

LTC4155 支持一個(gè)可通過(guò)引腳設(shè)置的上電默認(rèn)輸入電流。對(duì)于那些不需要具備 USB 兼容性的高功率應(yīng)用，由連接至 CLPROG1 引腳的單個(gè)電阻器負(fù)責(zé)設(shè)置一個(gè)默認(rèn)的上電輸入電流。該電阻器的選擇旨在對(duì)應(yīng)一個(gè)最適合特定應(yīng)用以及預(yù)期電源能力等的初始電流限值。在上電之后，輸入電流限值可在 I2C 控制下修改為 16 種其他可用設(shè)定值 (高達(dá) 3A) 中的任一種。

對(duì)于 USB 應(yīng)用，可以把 CLPROG1 和 CLPROG2 引腳連接在一起，以將 LTC4155 設(shè)置為實(shí)施 USB 限流規(guī)則。當(dāng)施加外部電源時(shí)，輸入電流限值將默認(rèn)為 100mA。在采用 USB 主機(jī)控制器進(jìn)行了成功的枚舉之后，輸入限流設(shè)定值可在 I2C 控制之下適當(dāng)?shù)卦黾又?500mA 或 900mA。圖 3 示出了至系統(tǒng)負(fù)載和電池充電器的可用電流。請(qǐng)注意，開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電流大于 USB 規(guī)范所限制的輸入電流。假如系統(tǒng)檢測(cè)出電源是一個(gè) AC 適配器、專用 USB 充電器、或其他非 USB 型電源，則輸入限流設(shè)定值可在 I2C 控制下增加至任何其他設(shè)定值 (可高達(dá) 3A)。

圖 3：符合 USB 規(guī)范的可用負(fù)載電流 (在電池放電之前)

多個(gè)輸入連接器的無(wú)縫處理

LTC4155 可選擇接受來(lái)自兩個(gè)電源的輸入之一，從而解決了巧妙地將電源從兩個(gè)不同的物理連接器傳送至產(chǎn)品的難題。當(dāng)兩個(gè)輸入電源同時(shí)連接時(shí)，使用哪個(gè)電源的決定基于一種可由用戶自行設(shè)置的優(yōu)先級(jí)。只要每個(gè)輸入電壓都處在有效的工作范圍之內(nèi)，那么選擇其中任何一個(gè)都是可以的，無(wú)需理會(huì)究竟哪個(gè)的電壓更高。例如：這使得一個(gè) 4.5V/2A AC 適配器的優(yōu)先級(jí)高于一個(gè) 5V/500mA USB 端口。如果 USB 連線被移除，而將一個(gè) 5V/3A AC 適配器連接至相同的端口，則輸入電源優(yōu)先級(jí)可通過(guò) I2C 進(jìn)行修改，以切換至功率較高的新電源。

LTC4155 支持其兩個(gè)電源輸入各具有獨(dú)立的 I2C 可編程輸入電流限值。當(dāng)優(yōu)先級(jí)較高的輸入電源斷接時(shí)，充電將會(huì)不間斷地繼續(xù)進(jìn)行，并自動(dòng)減小至新的較低最大輸入電流限值。無(wú)需系統(tǒng)微控制器直接干預(yù)處理。

視針對(duì)輸入多路復(fù)用器所選擇的外部組件的不同，如果應(yīng)用需要，則可輕松實(shí)現(xiàn)高達(dá) ±77V 的過(guò)壓和反向電壓保護(hù)。此外，LTC4155 還能為 USB 連接器產(chǎn)生一個(gè) USB On-The-Go 5V電流限制電源，而無(wú)需使用任何附加的外部組件。