用于電池充電器的獨(dú)立式自動(dòng)重啟解決方案

引言

就全功能鋰離子電池充電器而言，一些設(shè)計(jì)師遇到的主要障礙是缺乏自動(dòng)或自主觸發(fā)功能。例如，控制器確實(shí)提供 C/10 電流檢測(cè)，但是當(dāng)充電電流降至 C/10 值時(shí)，卻不中斷充電過(guò)程。另外也缺乏完全合格的充電器所需的自動(dòng)重啟功能。

LTC4012 是一款非常流行的芯片，用來(lái)給各種應(yīng)用中的鋰離子電池充電。這款控制器提供柵極驅(qū)動(dòng)和電流檢測(cè)輸入，以建立一個(gè)降壓型拓?fù)涞墓β舒溌?。LTC4012 還提供控制信號(hào)，例如充電狀態(tài)和適配器存在的信號(hào)。該器件還提供一系列有用的功能，在其數(shù)據(jù)表中有詳細(xì)說(shuō)明。

在不使用 CPU 的應(yīng)用中，設(shè)計(jì)師或者干脆拒絕使用 LTC4012，或者自己開(kāi)發(fā)解決方案，在有些情況下，這么做是不夠的。例如，有些設(shè)計(jì)師可能會(huì)在 PROG 引腳上用一個(gè)電阻器來(lái)檢測(cè)充電電流，但是將 PROG 引腳連至一個(gè)低成本、低阻抗的緩沖器，會(huì)從根本上導(dǎo)致測(cè)量值失真。

本文的目的是說(shuō)明一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)重啟解決方案，該解決方案不使用 PROG 引腳，用邏輯信號(hào)進(jìn)行 C/10 電流檢測(cè)。這種檢測(cè)基于 LTC4012 數(shù)據(jù)表中介紹的“數(shù)字 C/10 指示器”，如方框圖中所示。

自動(dòng)重啟電路方框圖

前述電路的方框圖如圖 1 所示。該電路基于一個(gè) D 觸發(fā)器。隨著充電電流值降至預(yù)設(shè)定的 C/10，D 觸發(fā)器時(shí)鐘變?yōu)楦唠娖?，外部晶體管 Q1 將 RUN 引腳拉至地，并關(guān)斷 LTC4012。電池充電，電壓接近最大值。隨著充電器關(guān)斷，電池開(kāi)始放電，最終達(dá)到最小電壓，D 觸發(fā)器清零，然后 Q1 關(guān)斷，充電周期重復(fù)。

圖 1：自動(dòng)重啟電路的方框圖

CHARGE CURRENT C/10 DETECTION：充電電流 C/10 檢測(cè)

用 LTC2912-3 實(shí)現(xiàn)之前介紹的大部分功能。這款具閉鎖控制的電壓監(jiān)視器在圖 2 所示電原理圖的中央。

圖 2：前述解決方案的電原理圖

BATTERY：電池

電原理圖和電路介紹

所測(cè)試的是 12V、3000mA/h 鋰離子電池。該電池由采用了 LTC4012-2 的演示電路板 DC1256A 上安裝的充電器充電。該充電器由圖 2 所示的自動(dòng)重啟電路控制。

如果電池充電，那么 LTC2912-3 的 VH 輸入上的電壓高于 0.5V，/UV 輸出為高電平。Q2 接通，/LATCH 引腳為低，輸出 OV 閉鎖在高電平狀態(tài)。相應(yīng)地，Q1 接通，LTC4012 處于關(guān)斷模式。只要 /LATCH 引腳為低，OV 閉鎖在高電平狀態(tài)，LTC4012 就繼續(xù)保持關(guān)斷狀態(tài)。

最后，由于自放電或已加負(fù)載，電池電壓開(kāi)始下降。當(dāng)電池電壓降至低于 12V 時(shí)，VH 引腳電壓 (電阻器分壓器 RBT/RBB) 降至低于 0.5V，/UV 輸出狀態(tài)從高電平變?yōu)榈碗娖健Ｈ缓?Q2 斷開(kāi)，從而清除閉鎖。信號(hào) OV 狀態(tài)變?yōu)榈碗娖?，Q1 斷開(kāi)，充電過(guò)程啟動(dòng)。

在充電過(guò)程中，LTC4012 的 /CHRG 引腳處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，這使 VL 引腳連至 GND。隨著充電電流降至 C/10，/CHRG 引腳改變狀態(tài)，VL 引腳上的電壓隨之上升。當(dāng)這個(gè)引腳上的電壓達(dá)到 0.5V (電阻器分壓器 RCT/RCB) 時(shí)，OV 引腳的狀態(tài)從低電平變?yōu)楦唠娖剑琎1 接通，RUN 引腳拉低，LTC4012 進(jìn)入停機(jī)模式。/LATCH 引腳為低電平，U1 將 OV 鎖定為高電平，直至電池電壓再次降至 12V 且這個(gè)過(guò)程開(kāi)始重復(fù)為止。建議的電路與 LTC4012 互連，相應(yīng)引腳由虛線圍繞，以與 LTC2912 U1 的引腳相區(qū)分。

電流驗(yàn)證和測(cè)量

為了驗(yàn)證電路功能，將一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器連至充電器-電池系統(tǒng)。對(duì)電池電壓和電流進(jìn)行采樣和存儲(chǔ)。為了方便電池的自放電并縮短放電時(shí)間，在電池端子之間連接一個(gè) 100Ω 電阻器。所產(chǎn)生的圖形如圖 3 所示。在周期一開(kāi)始時(shí)，輸入電壓 VIN 被斷開(kāi)，電池放電，并向負(fù)載提供“負(fù)”電流。然后，加上 VIN 后，充電周期啟動(dòng)，“正”的充電電流流進(jìn)電池。當(dāng)電池充滿電以后，充電器關(guān)斷，電池開(kāi)始自放電。當(dāng)電池電壓達(dá)到最小值時(shí)，充電器接通，周期自我重復(fù)。

圖 3：自動(dòng)重啟周期的定時(shí)圖

CHARGE CURRENT：充電電流

TIME：時(shí)間

BATTERY VOLTAGE：電池電壓

結(jié)論

本文介紹的電路相對(duì)簡(jiǎn)單，基于這個(gè)電路的應(yīng)用可以作為非常流行的鋰離子電池充電器 LTC4012 的重要配件。這個(gè)電路可通過(guò)使用單個(gè)電壓監(jiān)視器 LTC2912-3 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重啟功能，從而無(wú)需使用相當(dāng)昂貴的數(shù)字控制系統(tǒng)。