從汽車(chē)電源安全地給鋰離子/鋰聚合物電池充電
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適合在大瞬變環(huán)境中使用的完整 USB /電池充電解決方案
圖 1 示出了這樣的一款設(shè)計(jì)。該完整的 PowerPath?管理器和電池充電器系統(tǒng)能夠從各種各樣的高電壓或USB 電源來(lái)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行無(wú)縫充電。
圖 1：LTC4098 USB 電源管理器 / 鋰離子電池充電器與一個(gè) LT?3480 HV 降壓型穩(wěn)壓器配合工作，以接受
來(lái)自汽車(chē)環(huán)境或 Firewire 系統(tǒng)的功率。過(guò)壓保護(hù)電路同時(shí)保護(hù)了 IC 和下游電路。
LTC4098 能夠通過(guò) WALL 和 VC 引腳將 Bat-Track 原理擴(kuò)展至一個(gè)輔助穩(wěn)壓器。當(dāng) WALL 引腳上具有足夠的電壓時(shí)，Bat-Track 功能將通過(guò) VC 引腳來(lái)控制輔助穩(wěn)壓器的輸出，從而把穩(wěn)壓器的輸出保持在 VBAT+ 0.3V。
LTC4098 還具備一種過(guò)壓保護(hù)功能，在不穩(wěn)定的電源電壓環(huán)境中，這一點(diǎn)是很重要。當(dāng) OVSENSE 引腳上的電壓超過(guò)大約 6V 時(shí)，過(guò)壓保護(hù)電路將關(guān)斷一個(gè) N溝道保護(hù) MOSFET (M2)。電壓保護(hù)的上限值僅受限于MOSFET 的擊穿電壓以及流入 OVSENS 引腳的電流。
過(guò)壓保護(hù)功能覆蓋整個(gè)電池充電器 /電源管理器系統(tǒng)
LTC4098 的過(guò)壓保護(hù)功能可保護(hù)電路的任何部分。在圖 1 中，保護(hù)作用被擴(kuò)展至 LT3480 的 VIN 輸入。過(guò)壓停機(jī)門(mén)限被設(shè)定為 24V。該門(mén)限提供了充足的裕度以應(yīng)付破壞性的過(guò)壓，而不會(huì)干擾電路的正常運(yùn)作。
在圖 1 中，M1 是一個(gè) P 溝道 MOSFET，負(fù)責(zé)提供反向電壓保護(hù)；而 M2 則是一個(gè)過(guò)壓保護(hù) MOSFET，M3用于對(duì) LTC4098 的 OVGATE 輸出進(jìn)行電平移位。
如果 HVIN 電壓小于 0V，則通過(guò) R3、R4 和 R5 把M1 和 M2 的柵極和源極電壓均保持在地電位，從而確保它們處于關(guān)斷狀態(tài)。如果 HVIN 電壓位于 8V 和約 24V 之間，則通過(guò) LTC4098 的 OVGATE 引腳將M3 的柵極驅(qū)動(dòng)至高電平。這將通過(guò)把 M1 和 M2 的柵極電壓拉至其源極電壓以下 7V 至 10V (利用 M3、D1、R1 和 R5) 來(lái)接通 M1 和 M2。當(dāng) M1 和 M2 接通時(shí)，電流將從 HVIN 流至 VIN，系統(tǒng)將正常運(yùn)作。
如果 HVIN 輸入超過(guò)約 24V，則 LTC4098 將把 M3的柵極驅(qū)動(dòng)至地電位，這允許 R5 把 M1 和 M2 的 VGS減小至 0V，從而將它們關(guān)斷并使 HVIN 與 VIN 斷接。
M1、M2 和 M3 具有一個(gè) 100V 的 BVDSS，所以該電路能夠承受約 –30V 至 100V 的電壓。它將在 8V 至大約 24V 的電壓范圍內(nèi)正常運(yùn)作。這種組合非常適合于嚴(yán)酷的汽車(chē)環(huán)境，因而提供了一款用于從汽車(chē)電源系統(tǒng)來(lái)給鋰離子電池充電的堅(jiān)固、低成本和高效的解決方案。
最后，設(shè)定 OVSENS 電阻分壓器需要謹(jǐn)慎從事。對(duì)于一個(gè)處于約 2V 至 6V 之間的 OVSENS 電壓，VOVGATE= 1.9 ? VOVSENS。OVSENS 箝位于 6V，而流入 (或流出) OVSENS 引腳的電壓應(yīng)不超過(guò) 10mA。所選的電阻分壓器將 HVIN 電壓減低 4 倍，于是當(dāng) HVIN 電壓超過(guò)大約 8V 時(shí)，M3 具有足夠的柵極電壓以實(shí)現(xiàn)接通。當(dāng) HVIN = 100V 時(shí)，流入 OVSENS 引腳的電流僅為 2.25mA (遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 10mA 的限值)。
圖 2：按照 ISO7673 標(biāo)準(zhǔn)提供了可安全承受輸入瞬變的過(guò)壓保護(hù)功能
圖 3：用于顯示在 HVIN 上過(guò)沖的圖 2 波形特寫(xiě)
VOVERSHOOT = ΔV/Δt ? tDELAY
其中的 ΔV = (90V – 13.6V)，Δt = 5ms，而 tDELAY= 220μs，因此，VOVERSHOOT = 3.36V。
如果希望延遲較短 (因而過(guò)沖較小)，則一個(gè)有源關(guān)斷電路能夠把從 OVGATE 至 M1 和 M2 柵極的延遲縮短至幾微秒。
結(jié)論
LT3480 高電壓降壓型穩(wěn)壓器和 LTC4098 鋰離子 / 鋰聚合物電池充電器再加上少量的外部組件，便造就了一款堅(jiān)固型高性能鋰離子電池充電器，適合于那些插入汽車(chē)電源的便攜式電子產(chǎn)品，并保持了與 USB 電源的兼容性。該電路提供了客戶所期盼的全部功能以及針對(duì)電池反接和負(fù)載突降瞬變的電壓保護(hù)。(end)
評(píng)論