電源通路管理器集成電路提供高壓保護(hù)

LTC4098—兼具高效率充電和高壓保護(hù)

　　LTC4098 (圖2)是一種自主式高效率電源通路管理器、理想二極管控制器和電池充電器，用于通過 USB 供電的便攜式設(shè)備，如媒體播放器、數(shù)碼相機(jī)、PDA、個(gè)人導(dǎo)航器和智能電話，該器件采用超薄(0.55mm)20 引腳 3mm×4mm QFN 封裝。就汽車、Firewire 或其它高壓應(yīng)用而言，LTC4098 用凌力爾特公司的開關(guān)穩(wěn)壓器提供電池跟蹤控制，工作輸入高達(dá) 38V(瞬態(tài)為 60V)，最大限度地提高了電池充電器效率、減小了熱損耗，甚至用更高電壓電源也可以無縫運(yùn)作。

圖 2  LTC4098 簡(jiǎn)化框圖

　　LTC4098 提供高達(dá) 66V 的過壓保護(hù)(OVP)電路，僅需要一個(gè)外部 NFET/電阻組合，可防止偶然的高壓情況引起的輸入損壞。該集成電路自動(dòng)降低充電電流可實(shí)現(xiàn)快速接通工作，確保一插上電源插頭就向系統(tǒng)負(fù)載供電，甚至電池沒電或缺失時(shí)也一樣。其片上理想二極管保證總是向 VOUT 提供充足的功率，即使 LTC4098 的兩個(gè)輸入引腳的功率不充足也一樣。該集成電路的理想二極管控制器可用來驅(qū)動(dòng)可選 PFET 的柵極，將對(duì)電池的阻抗降至 30mΩ 或更低。

　　LTC4098 的全功能單節(jié)鋰離子/聚合物電池充電器允許負(fù)載電流超過從 USB 端口吸取的電流，同時(shí)符合 USB 負(fù)載規(guī)范。因?yàn)楸４媪四芰浚跃涂焖俪潆姸?，該集成電路的高效率開關(guān)輸入級(jí)幾乎將 USB 端口提供的所有 2.5W 功率都轉(zhuǎn)換成了可用系統(tǒng)電流，從 USB 端口限制的 500mA 實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 700mA 的電流。用交流適配器供電時(shí)還有 1.5A 的可用充電電流。

過壓保護(hù)(OVP)

　　LTC4098 僅用 N 溝道 FET 和 6.04kΩ 電阻這樣兩個(gè)外部組件，就能在 VBUS 或 WALL 意外地加上過大電壓時(shí)保護(hù)自己免受損壞。最高安全過壓幅度將由該外部 NMOS 晶體管及其漏極擊穿電壓決定。

電池跟蹤開關(guān)穩(wěn)壓器的輸入限流和高壓控制

　　LTC4098從VBUS 到VOUT 的功率傳遞由 2.25MHz恒定頻率降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器控制。為了滿足USB最大負(fù)載規(guī)格要求，該開關(guān)穩(wěn)壓器含有一個(gè)測(cè)量和控制系統(tǒng)，以確保平均輸入電流保持低于CLPROG引腳的編程值。這樣，VOUT 就可以驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載和電池充電器的組合。

　　如果這個(gè)組合負(fù)載沒有讓開關(guān)電源達(dá)到編程設(shè)定的輸入限流值，那么該集成電路的 VOUT將跟蹤大約比電池電壓高0.3V。通過將電池充電器電壓保持在這個(gè)低電壓值上，最大限度地降低了電池充電器的功率損耗。

　　如果組合外部負(fù)載加上電池充電電流足夠大，使得開關(guān)電源達(dá)到了編程設(shè)定的輸入限流值，那么電池充電器將嚴(yán)格按照滿足外部負(fù)載所需的量降低充電電流。即使電池充電電流被編程至超過容許的USB 電流，就平均輸入電流而言，也不會(huì)不滿足 USB 性能規(guī)格。另外，如果VOUT端的負(fù)載電流導(dǎo)致超過從VBUS的編程設(shè)定功率，那么將通過理想二極管從電池吸取額外的負(fù)載電流，即使電池充電器正在工作也一樣。

　　WALL、/ACPR和VC引腳可連同 LT3480 等外部高壓降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器一起使用，以最大限度地減少用較高電壓源工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。電池跟蹤控制電路將外部開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出電壓調(diào)節(jié)至較高的(BAT + 300mV)或 3.6V。這最大限度地提高了電池充電器的效率，同時(shí)在電池深度放電時(shí)仍然允許即時(shí)接通工作。

　　LTC4098 先進(jìn)的超薄(典型值為 0.55mm)QFN 封裝在印刷電路板相互堆疊的空間受限應(yīng)用中使用有優(yōu)勢(shì)。這種封裝可組成“體積”緊湊的解決方案，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了靈活性。另外，該器件具有與更高的(0.75mm)前一代 QFN 封裝相同的熱性能。

結(jié)語

　　對(duì)小尺寸和方便地使用多種輸入電源的需求以及對(duì)快速充電、低功耗和 USB 兼容性的需求給由電池供電的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師帶來了挑戰(zhàn)。通過汽車適配器或 Firewire 端口供電正在變得越來越普遍，但缺點(diǎn)是存在可能損壞集成電路的高壓瞬態(tài)。同時(shí)，設(shè)計(jì)集成度越來越高，以節(jié)省電路板空間、降低制造成本并提高產(chǎn)品可靠性。凌力爾特公司不斷擴(kuò)大的開關(guān)模式拓?fù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電源通路管理器">電源通路管理器集成電路系列使產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的工作輕松多了。

　　這些集成電路能夠從 USB 端口抽取更多功率、無縫管理不同輸入電源和電池之間的電源通路并優(yōu)先向負(fù)載供電、減少熱量、通過電池跟蹤自適應(yīng)輸出控制提高效率以及通過使用數(shù)目更少和尺寸更小的外部組件簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

　　1.  LTC4098  Datasheet, Linear