單片式電壓充電器采用高達(dá)60V的輸入運(yùn)作

引言

相對(duì)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(jiǎn)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(wú)法滿足許多工業(yè)和汽車系統(tǒng)的要求。

有些開(kāi)關(guān)模式解決方案能接受高輸入電壓，而開(kāi)關(guān)拓?fù)淇商峁╇娏骱托史矫娴膬?yōu)勢(shì)，但是它們?cè)趶?fù)雜性和解決方案占板面積上卻付出了重大的代價(jià)。最后的結(jié)果是，對(duì)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(lái)說(shuō)，開(kāi)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(shí)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(lái)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(shí)施恒定電流/恒定電壓(CC/CV)充電。其簡(jiǎn)單與堅(jiān)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(jiǎn)單鋰離子電池充電器的實(shí)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(jiān)韌性與靈活性的巧妙組合

LTC4079的充電電壓可采用電阻來(lái)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(gè)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(lái)監(jiān)視充電電流。充電終止功能是我們熟悉的：基于定時(shí)器、利用TIMER引腳電容進(jìn)行設(shè)置、或通過(guò)把TIMER引腳連接至地以實(shí)施C/10電流檢測(cè)。CHRG狀態(tài)引腳利用任一種方法發(fā)出充電終止指示信號(hào)。另外，定時(shí)器電容還用于失效電池檢測(cè)。

利用NTC和NTCBIAS檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)以構(gòu)成完整的充電器電路可實(shí)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(gè)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(shí)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(xiàng)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(duì)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(shí)現(xiàn)充電電流的最大化。利用該內(nèi)部調(diào)節(jié)方案無(wú)需外部組件。圖3示出了采用一塊太陽(yáng)能電池板對(duì)一個(gè)12V密封鉛酸電池組進(jìn)行溫度補(bǔ)償型浮動(dòng)充電的實(shí)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(yáng)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(shí)，LTC4079 的差分電壓調(diào)節(jié)是特別有用。在面對(duì)欠壓閉鎖 (UVLO)時(shí)，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(gè)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(gè)電阻分壓器。當(dāng)輸入電壓達(dá)到該設(shè)定點(diǎn)時(shí)，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(gè)針對(duì)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(lái)防止弱的輸入源遭受過(guò)載

最后一種電流調(diào)節(jié)方法 (即“熱調(diào)節(jié)”) 對(duì)于單片式器件通常是很重要，但對(duì)于線性穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)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(shí)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(shí)例，其可避免弱的輸入源遭受過(guò)載。

低的靜態(tài)吸收電流

在充電時(shí)，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(gè)容量較高的電池轉(zhuǎn)移至一個(gè)較小的后備電池時(shí)，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(gè)電池系統(tǒng)的長(zhǎng)期備用或貯存期間不會(huì)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(guò)問(wèn)”之設(shè)計(jì)。

總結(jié)

LTC4079 的緊湊和全面型設(shè)計(jì)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(yáng)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)。