具集成型功率器件的I2C控制型電池電源管理IC

可采用任何 5V 電源給高容量電池充電，同時保持低運行溫度

便攜式電子產(chǎn)品設(shè)計人員面臨著這樣的挑戰(zhàn)，就是要開發(fā)出既“無所不能”同時又可在一次電池充電之后“永久運行”的設(shè)備。雖然不可能完全解決這一難題，但電池技術(shù)的逐代升級進步至少是在逼近該目標(biāo)。由于許多便攜式設(shè)備目前已擁有了色彩鮮亮的大型觸感顯示屏、多內(nèi)核 CPU 和圖形處理器、以及各種各樣用于在地球任何地方實現(xiàn)高速通信的無線調(diào)制解調(diào)器，因此高容量電池是不可或缺的。電池制造商已憑借容量超過 30瓦特-小時 (Wh) 的輕量緊湊型電池滿足了上述要求。

雖然 USB 已成為設(shè)備互連、同步和數(shù)據(jù)交換的主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，但其功率輸送能力卻未能跟上電池的需求。USB 2.0 可允許 2.5W 的最大負(fù)載，USB 3.0 則將該限值提高至 4.5W。即使具有理想的效率，以及所有的電能都直接進入電池，采用 USB 的完整充電周期仍然需要整個夜晚。雖然 USB 不適合用作大容量電池的主電源，但在可能的情況下幸好有這電源，所以其仍然具有極大的價值，并且當(dāng)設(shè)備與傳統(tǒng)計算機相連時，就可避免電池消耗。

兩全其美

LTC4155 是一款單片式開關(guān)電池充電器，可在緊湊的 PCB 占板面積內(nèi)高效地提供 3.5A 充電電流。圖 1 示出了典型應(yīng)用中所需的組件。2.25MHz 開關(guān)頻率允許使用小的電感器和旁路電容器，從而最大限度地縮減總體 PCB 占用面積。

圖 1：I2C 控制型高功率電池充電器 / USB 電源管理器

即使在充電電流達幾個安培的情況下，高效率 (圖 2) 也是至關(guān)緊要的，不僅對于實現(xiàn)可用輸入功率的最優(yōu)利用，對于控制便攜式設(shè)備內(nèi)部的功率耗散也是如此。在嚴(yán)密封閉的空間里，高功率耗散與勉強合格的散熱性能之組合將使一部采用低效充電解決方案的設(shè)備溫度過高，用戶拿在手里會很不舒服。為了幫助保持設(shè)備的低運行溫度，LTC4155 的集成型電源開關(guān)具有遠(yuǎn)低于 100m? 的導(dǎo)通電阻。

圖 2：開關(guān)穩(wěn)壓器效率

雖然 LTC4155 的電源開關(guān)規(guī)格是為處理高于 USB 限值的電流而確定的，但 LTC4155 保持了與 USB 規(guī)范的全面兼容性以便提供充電。輸入電流在內(nèi)部自動測量，并被限制為 16 種 I2C 用戶可選值中的任一種。在這些設(shè)定值中，有 3 種對應(yīng)于保證的最大限值：100mA 和 500mA (對于 USB 2.0) 以及 900mA (對于 USB 3.0)。另外，通過選擇其他最大值高達 3A 的限流設(shè)定值中的任一種，自動輸入電流限制功能還可與 AC 適配器或其他電源配合使用。

LTC4155 支持一個可通過引腳設(shè)置的上電默認(rèn)輸入電流。對于那些不需要具備 USB 兼容性的高功率應(yīng)用，由連接至 CLPROG1 引腳的單個電阻器負(fù)責(zé)設(shè)置一個默認(rèn)的上電輸入電流。該電阻器的選擇旨在對應(yīng)一個最適合特定應(yīng)用以及預(yù)期電源能力等的初始電流限值。在上電之后，輸入電流限值可在 I2C 控制下修改為 16 種其他可用設(shè)定值 (高達 3A) 中的任一種。

對于 USB 應(yīng)用，可以把 CLPROG1 和 CLPROG2 引腳連接在一起，以將 LTC4155 設(shè)置為實施 USB 限流規(guī)則。當(dāng)施加外部電源時，輸入電流限值將默認(rèn)為 100mA。在采用 USB 主機控制器進行了成功的枚舉之后，輸入限流設(shè)定值可在 I2C 控制之下適當(dāng)?shù)卦黾又?500mA 或 900mA。圖 3 示出了至系統(tǒng)負(fù)載和電池充電器的可用電流。請注意，開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電流大于 USB 規(guī)范所限制的輸入電流。假如系統(tǒng)檢測出電源是一個 AC 適配器、專用 USB 充電器、或其他非 USB 型電源，則輸入限流設(shè)定值可在 I2C 控制下增加至任何其他設(shè)定值 (可高達 3A)。

圖 3：符合 USB 規(guī)范的可用負(fù)載電流 (在電池放電之前)

多個輸入連接器的無縫處理

LTC4155 可選擇接受來自兩個電源的輸入之一，從而解決了巧妙地將電源從兩個不同的物理連接器傳送至產(chǎn)品的難題。當(dāng)兩個輸入電源同時連接時，使用哪個電源的決定基于一種可由用戶自行設(shè)置的優(yōu)先級。只要每個輸入電壓都處在有效的工作范圍之內(nèi)，那么選擇其中任何一個都是可以的，無需理會究竟哪個的電壓更高。例如：這使得一個 4.5V/2A AC 適配器的優(yōu)先級高于一個 5V/500mA USB 端口。如果 USB 連線被移除，而將一個 5V/3A AC 適配器連接至相同的端口，則輸入電源優(yōu)先級可通過 I2C 進行修改，以切換至功率較高的新電源。

LTC4155 支持其兩個電源輸入各具有獨立的 I2C 可編程輸入電流限值。當(dāng)優(yōu)先級較高的輸入電源斷接時，充電將會不間斷地繼續(xù)進行，并自動減小至新的較低最大輸入電流限值。無需系統(tǒng)微控制器直接干預(yù)處理。

視針對輸入多路復(fù)用器所選擇的外部組件的不同，如果應(yīng)用需要，則可輕松實現(xiàn)高達 ±77V 的過壓和反向電壓保護。此外，LTC4155 還能為 USB 連接器產(chǎn)生一個 USB On-The-Go 5V電流限制電源，而無需使用任何附加的外部組件。