電池充電器應用中的充電電流調制

LTC4012是一款非常受歡迎的多化學組成電池充電器，可用于多種不同應用。這款控制器為用戶提供柵極驅動器、電流檢測輸入、溫度合格的充電和多個信號輸出。 數據手冊還詳細說明了一系列有用的功能。其中之一是在正常工作期間改變或調制充電電流的功能。這一功能主要用于輸入電流受限的系統(tǒng)。一個很好的例子是由壁式適配器供電的計算機系統(tǒng)，其適配器的功率和電流能力有限。然而，CPU和內存可能需要占用很大一部分限值。顯然，在這種情況下，降低電池充電電流以滿足CPU的需求是個明智的選擇。充電電流的編程通過以可變占空比的信號控制外部晶體管來實現(xiàn)(見圖1)，圖示集成了“編程PWM電流”電路。本文旨在建立充電電流隨控制信號占空比成線性變化的區(qū)域。

圖1. 采用充電電流PWM的LTC4012鋰離子電池充電器的電原理圖電路說明和功能

圖1中的解決方案包括LTC4012電池充電器以及由MOSFETS Q1、Q2、電感器L1和輸入輸出濾波電容組成的功率鏈路。在電源故障或掉電的情況下，MOSFET Q3將充電器與輸入線路斷開，MOSFET Q4則將電池連接到負載。通過低功耗MOSFET Q5的柵極提供的控制脈沖信號占空比，調制流至電池BAT的充電電流。

基于LTC4012的充電器用于測試不同的電池和充電電流水平。 有效充電電流值與控制脈沖信號的占空比呈線性變化的區(qū)域位于15%至80%占空比之間。如果占空比超過80%，充電電流逐漸減小，不再增大;反之，如果占空比低于15%，則充電電流急劇下降。 圖2示出了這一點，顯示了施加于晶體管Q5柵極的控制脈沖占空比在15%至80%之間的完美線性區(qū)域。

圖2. 最大充電電流為3.3A和5.0A時，充電電流隨PWM占空比變化的圖形編程充電電流電阻值的計算

考慮到PWM最大占空比的限制為80%，圖1中確定充電電流的電阻可按照以下表達式來計算：

其中，RSENSE是電池電流檢測電阻。

RP是占空比為80%時RMAX和RPROG并聯(lián)連接的總阻抗電池充電器應用中的充電電流調制

RPROG是連接至Q5的電阻，由占空比可變的50kHz脈沖切換。

對于最大充電電流為3.3A的鋰離子電池而言，假設RMAX為511k?6?8，RIN為3.01k?6?8，最大占空比為80%，則計算可得RSENSE為0.03?6?8，RPOG為23.7k?6?8。圖2顯示了此電池的充電電流隨控制脈沖占空比而變化的功能。此外，還測試了最大充電電流為5.0A的另一款電池(RSENSE 0.02?6?8，RPOG 23.7k?6?8)，請參見圖2所示充電電流隨占空比變化的圖形。