單片式電壓充電器采用高達(dá)60V的輸入運(yùn)作

引言

相對較低容量電池的充電、或后備和“保持運(yùn)作型”電池的維護(hù)充電而言，線性拓?fù)潆姵爻潆娖饕蚱渚o湊的占板面積、簡單和可負(fù)擔(dān)能力而受到重視。即使如此，能接受10V或更高輸入電壓的線性充電器卻十分缺乏，因而導(dǎo)致無法滿足許多工業(yè)和汽車系統(tǒng)的要求。

有些開關(guān)模式解決方案能接受高輸入電壓，而開關(guān)拓?fù)淇商峁╇娏骱托史矫娴膬?yōu)勢，但是它們在復(fù)雜性和解決方案占板面積上卻付出了重大的代價。最后的結(jié)果是，對于“保持運(yùn)作型”系統(tǒng)或后備電池充電器中必需的低電流來說，開關(guān)模式解決方案往往就是“殺雞用牛刀”了。此外，適合高達(dá)60V之汽車和工業(yè)應(yīng)用的解決方案實在少之又少。

LTC4079是一款寬輸入范圍獨(dú)立型充電器，其可由任何2.7V至高達(dá)60V的DC電源來供電，因而能夠直接采用12V和24V DC系統(tǒng)電源軌或甚至48V工業(yè)電源實施恒定電流/恒定電壓(CC/CV)充電。其簡單與堅固性的組合使之能夠輕而易舉地滿足在這些環(huán)境中“持續(xù)運(yùn)作型”系統(tǒng)或后備電池解決方案的充電需求。圖1為簡單鋰離子電池充電器的實例。

圖 1：用于兩節(jié)后備鋰離子電池的寬范圍線性獨(dú)立型充電器

堅韌性與靈活性的巧妙組合

LTC4079的充電電壓可采用電阻來設(shè)置，這與其面向?qū)嶋H用途的寬輸入電壓范圍之靈活性相匹配。該電路可在采用極小輸入和輸出電容的情況下于整個輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

在PROG引腳上采用單電阻能設(shè)置充電電流至高達(dá)250mA，并可根據(jù)PROG電壓來監(jiān)視充電電流。充電終止功能是我們熟悉的：基于定時器、利用TIMER引腳電容進(jìn)行設(shè)置、或通過把TIMER引腳連接至地以實施C/10電流檢測。CHRG狀態(tài)引腳利用任一種方法發(fā)出充電終止指示信號。另外，定時器電容還用于失效電池檢測。

利用NTC和NTCBIAS檢測網(wǎng)絡(luò)以構(gòu)成完整的充電器電路可實現(xiàn)適宜溫度充電。LTC4079的耐熱性能增強(qiáng)型3mm x 3mm DFN封裝包括一個內(nèi)部傳輸元件，從而造就了一款緊湊和全面的解決方案。在圖2給出的完整電路顯示了其緊湊的占板面積。

圖 2：完整演示板電路占板面積的實際尺寸

創(chuàng)新型調(diào)節(jié)

相比于傳統(tǒng)的充電器，LTC4079進(jìn)行了多項改進(jìn)，其擁有幾種與眾不同的充電電流調(diào)節(jié)方法。首先，對于寬范圍但電流受限或高阻抗源，輸入電壓可調(diào)節(jié)至比電池電壓至少高160mV (VIN(MIN)≥VBAT+ 160mV)。減小充電電流以避免輸入電壓驟降至該數(shù)值以下，從而實現(xiàn)充電電流的最大化。利用該內(nèi)部調(diào)節(jié)方案無需外部組件。圖3示出了采用一塊太陽能電池板對一個12V密封鉛酸電池組進(jìn)行溫度補(bǔ)償型浮動充電的實例，但輸入電壓與電池電壓的任意組合都是可以的。

當(dāng)能量收集器或小型太陽能電池板等非常低功率電源不能連續(xù)提供 10mA 最小充電電流時，LTC4079 的差分電壓調(diào)節(jié)是特別有用。在面對欠壓閉鎖 (UVLO)時，該特性允許充電操作在可能的情況下繼續(xù)進(jìn)行，而不是隨意地停止充電，這將更有效地采用可用的輸入功率。

為了獲得一個更具體的輸入電壓調(diào)節(jié)設(shè)定點(diǎn)，使能輸入引腳 EN 可伺服至一個電阻分壓器。當(dāng)輸入電壓達(dá)到該設(shè)定點(diǎn)時，充電電流減小以避免給電源施加任何進(jìn)一步的負(fù)載。這樣，使能輸入可用于設(shè)定一個針對某種給定電源的最小工作電壓。

圖 3：利用輸入電壓調(diào)節(jié)來防止弱的輸入源遭受過載

最后一種電流調(diào)節(jié)方法 (即“熱調(diào)節(jié)”) 對于單片式器件通常是很重要，但對于線性穩(wěn)壓器來說則應(yīng)強(qiáng)制。在較為嚴(yán)酷的環(huán)境中或在高的 VIN/VBAT 比條件下 (此時充電電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)稱輸入電壓)，這種方法尤其有用。充電電流將減小，直到芯片結(jié)溫降至低于 118°C 為止。參考圖 3 所示具有輸入電壓調(diào)節(jié)功能的電路實例，其可避免弱的輸入源遭受過載。

低的靜態(tài)吸收電流

在充電時，LTC4079 僅消耗 4μA，因而使得從電源至電池的能量傳輸最大限度地提高。當(dāng)把能量從一個容量較高的電池轉(zhuǎn)移至一個較小的后備電池時，這一點(diǎn)尤其重要。在電池后備系統(tǒng)中，電壓反饋分壓器從電路中剔除以進(jìn)一步減輕電池的負(fù)載，從而把停機(jī)電流減小至10nA (典型值)，并確保在整個電池系統(tǒng)的長期備用或貯存期間不會發(fā)生意外的容量衰減。這使得 LTC4079 尤其適合那些具有嵌入式充電能力且只需低維護(hù)或不需維護(hù)的“設(shè)定后便不需再過問”之設(shè)計。

總結(jié)

LTC4079 的緊湊和全面型設(shè)計非常適合于維護(hù)及“保持運(yùn)作型”的電池充電解決方案，但其并不局限于此類應(yīng)用。該器件豐富的特性使之能夠容易地適應(yīng)工業(yè)、汽車、太陽能、醫(yī)療、軍事 / 航天和消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域中任何數(shù)量的充電任務(wù)。