大膽自信地提供線性充電器以前不曾提供的功能

        背景信息

　　開關(guān)模式電池充電器因?yàn)橥負(fù)渚哂徐`活性，可以給多種化學(xué)組成的電池充電，提供很高的充電效率以最大限度減少熱量并實(shí)現(xiàn)快速充電，還可提供范圍很寬的工作電壓，所以可在很多應(yīng)用中。然而，開關(guān)充電器也有一些缺點(diǎn)，包括成本相對(duì)較高、基于電感器的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜、可能產(chǎn)生噪聲以及解決方案占板面積比較大。另一方面，傳統(tǒng)線性拓?fù)潆姵爻潆娖鞒３Ｒ蛘及迕娣e緊湊、簡(jiǎn)單和成本較低而受到重視。傳統(tǒng)線性充電器的缺點(diǎn)包括：輸入和電池電壓范圍有限;電流消耗相對(duì)較大;功耗過高;充電終止算法有限;效率相對(duì)較低(效率約為[VOUT/VIN] x100%)。由于上述優(yōu)點(diǎn)，過去一直用開關(guān)模式充電器給新式鉛酸(LA)電池、無(wú)線電源、能量收集、太陽(yáng)能充電、遠(yuǎn)程傳感器以及嵌入式汽車應(yīng)用供電。不過，現(xiàn)在有機(jī)會(huì)出現(xiàn)一種超低電流消耗、高壓線性電池充電器，這并沒有一般線性充電器有關(guān)的缺點(diǎn)。

　　尖端應(yīng)用需要更有效的線性充電器

　　能夠從創(chuàng)新性、高壓和超低靜態(tài)電流線性充電器受益的一些尖端應(yīng)用領(lǐng)域包括：

　　●低充電電流的密封鉛酸(SLA)電池應(yīng)用。SLA電池的寬溫度范圍對(duì)很多遠(yuǎn)程傳感器/控制應(yīng)用都是有益的。這類遠(yuǎn)程應(yīng)用功率通常非常低，不需要快速充電，因此可以使用低充電電流，這類應(yīng)用僅需要保持電池充電完成。

　　●就無(wú)線電源而言，充電是在非常低的功率水平上進(jìn)行的，典型情況下低于100mW。

　　●在具備任何微型功率電源的能量收集應(yīng)用中，低靜態(tài)電流都是必須的，以避免與下游負(fù)載爭(zhēng)奪電流。

　　●太陽(yáng)能充電從太陽(yáng)能電池板和電池獲得電壓，電壓變化范圍很寬。就低功率應(yīng)用而言，線性充電器能夠很好地工作。

　　●用于監(jiān)視或控制的遠(yuǎn)程傳感器一般用于低功率工業(yè)應(yīng)用，其電池主要用于備份。因此，充電時(shí)間不重要，視具體應(yīng)用的不同而不同，輸入/電池電壓的變化范圍很寬。在這類應(yīng)用中，低IQ線性充電器很適合。

　　●嵌入式汽車應(yīng)用的輸入電壓 》30V，有些甚至更高。例如，起防盜威懾作用的GPS定位系統(tǒng)。線性充電器的典型電壓為 12V 至兩節(jié)串聯(lián)鋰離子電池電壓 (典型值為7.4V)，對(duì)更高電壓具備增強(qiáng)保護(hù)功能，因此對(duì)這類應(yīng)用而言是很有用的。

　　新的線性充電器解決方案#e#

　　新的線性充電器解決方案

　　顯然，適合上述應(yīng)用、能夠解決相關(guān)問題的線性拓?fù)銲C充電解決方案需要具備多項(xiàng)以下屬性：

　　●低靜態(tài)電流 ── 從功率不足/間歇性的輸入電源向電池傳送的能量越多，就越能降低功耗。另外，當(dāng)充電已經(jīng)終止、輸入不存在時(shí)，低電池IQ也能延長(zhǎng)電池壽命

　　●寬輸入電壓范圍以容納各種電源

　　●寬電池充電電壓范圍以應(yīng)對(duì)多種電池組

　　●能夠給多種化學(xué)組成的電池充電 (鋰、鉛酸、鎳電池等)

　　●簡(jiǎn)便自主地工作，具備內(nèi)置充電終止 (μC)

　　●適用于太陽(yáng)能輸入電源的輸入電壓調(diào)節(jié)

　　●占板面積很小且扁平解決方案

　　●先進(jìn)的封裝以提高熱性能和空間效率

　　幸運(yùn)的是，凌力爾特不久前推出的LTC4079($2.8500)線性電池充電器已經(jīng)具備了大部份這些屬性。LTC4079是一款60V、恒定電流/恒定電壓250mA電池充電器，適用于多種電池化學(xué)組成，靜態(tài)電流很低 (充電時(shí)僅為4μA)，其線性拓?fù)涮峁┖?jiǎn)單的無(wú)電感器設(shè)計(jì)，接受2.7V至 60V的寬輸入電壓范圍?？捎秒娮杈幊痰?.2V至60V電池充電電壓范圍和嚴(yán)格的±0.5%電壓準(zhǔn)確度以及內(nèi)置可調(diào)充電終止使LTC4079適合很多電池化學(xué)組成，包括鋰離子/聚合物、磷酸鐵鋰 (LiFePO4)、鎳和鉛酸化學(xué)組成?？赏ㄟ^一個(gè)外部電阻器在10mA至250mA范圍內(nèi)調(diào)節(jié)充電電流，與同類充電器不同，該器件以低充電電流保持高準(zhǔn)確度。用為數(shù)不多的幾個(gè)外部組件可以給3級(jí)鉛酸電池充電，同時(shí)LTC4079相對(duì)低的充電電流使其更加適合給鉛酸電池進(jìn)行浮置充電。類似地，由于沒有采用鎳電池快速充電終止算法，因此鎳電池僅能夠用LTC4079進(jìn)行涓流充電。應(yīng)用包括嵌入式汽車和工業(yè)系統(tǒng)、備份電池充電、能量收集應(yīng)用和基于薄膜電池的產(chǎn)品。

　　LTC4079的輸入電壓調(diào)節(jié)功能可將IN引腳調(diào)節(jié)至一個(gè)恒定電壓，或調(diào)節(jié)為以恒定電壓差高于電池電壓。這些功能可用來(lái)防止電流受限電源 (例如電量不足的電池或太陽(yáng)能電池板) 的輸入電壓急劇下降至低于欠壓閉鎖(UVLO)電壓。在輸入電壓下降至設(shè)定門限的過程中，充電電流也隨之下降。這種調(diào)節(jié)機(jī)制允許基于電池要求選擇充電電流，同時(shí)使LTC4079能夠照顧到輸入電源不能按設(shè)定提供滿充電電流的情況。

　　圖1：LTC4079給7.4V鋰離子電池充電的典型應(yīng)用電路圖

　　LTC4079 的熱量調(diào)節(jié)功能確保在無(wú)過熱風(fēng)險(xiǎn)的前提下，達(dá)到規(guī)定的最大充電電流。充電可以通過C/10或內(nèi)置的可調(diào)定時(shí)器終止。其他功能包括采用 NTC 熱敏電阻溫度合格的充電，壞電池檢測(cè)，在備用狀態(tài)用采樣反饋電壓自動(dòng)再充電以使電池漏電流可以忽略不計(jì)，以及開漏CHRG引腳狀態(tài)輸出。一旦電池充電完畢，就每隔3秒時(shí)間通過反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)電池電壓采樣一次，以最大限度減小電池漏電，從而延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間。

　　圖2顯示了LTC4079的典型鋰離子電池充電周期，采用了C/10充電終止。

　　圖2：LTC4079鋰離子電池充電周期

　　LTC4079采用扁平(0.75mm) 10引腳3mm x 3mm DFN封裝，提供背面金屬焊盤以實(shí)現(xiàn)卓越的熱性能。該器件保證工作在–40℃至125℃溫度范圍。其主要特色包括：

　　●寬輸入電壓范圍：2.7V 至 60V

　　●可調(diào)電池電壓：1.2V 至 60V

　　●可調(diào)充電電流：10mA 至 250mA

　　●充電時(shí)靜態(tài)電流很低IIN= 4μA

　　●停機(jī)或充電時(shí)電池漏電流超低：IBAT《 0.01μA

　　●自動(dòng)再充電

　　●適合高阻抗電源的輸入電壓調(diào)節(jié)

　　●熱量調(diào)節(jié)最大限度地提高輸出電流，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致過熱問題

　　●具備±0.5%準(zhǔn)確度的恒定電壓反饋

　　●實(shí)現(xiàn)溫度合格充電的NTC熱敏電阻器輸入

　　●可調(diào)安全定時(shí)器

　　●充電狀態(tài)指示

　　●耐熱增強(qiáng)型10引線 (3mm x 3mm) DFN封裝

　　太陽(yáng)能充電--輸入電壓調(diào)節(jié)和壓差調(diào)節(jié)#e#

　　太陽(yáng)能充電--輸入電壓調(diào)節(jié)和壓差調(diào)節(jié)

　　基于太陽(yáng)能電池板的充電應(yīng)用越來(lái)越多地適用于多種化學(xué)組成的電池，不過鋰離子/聚合物 /磷酸鐵鋰以及鉛酸電池在這類應(yīng)用中是最流行的。LTC4079的電壓調(diào)節(jié)可以毫無(wú)問題地應(yīng)對(duì)這些應(yīng)用情況。當(dāng)采用電量不足的電池或太陽(yáng)能電池板等電流受限的電源充電時(shí)，該IC可調(diào)節(jié)IN引腳上的恒定電壓。這個(gè)功能可用來(lái)防止輸入電壓急劇下降至低于 UVLO，或者用來(lái)保持輸入電源電壓處于峰值功率點(diǎn)。在輸入電壓下降至所設(shè)定門限的過程中，充電電流隨之下降，該門限由輸入電源至EN引腳和GND之間的外部電阻分壓器設(shè)定，如圖3所示。

　　圖3：設(shè)定LTC4079的輸入電壓調(diào)節(jié)

　　輸入電壓調(diào)節(jié)門限VIN(REG)按如下公式計(jì)算：

　　這種調(diào)節(jié)機(jī)制允許基于電池的要求以及根據(jù)可從充電電源獲得的最大功率選擇充電電流。當(dāng)輸入電源不能提供設(shè)定充電電流時(shí)，LTC4079自動(dòng)降低充電電流。

　　為了在輸入電源由功率不足的電源提供時(shí)防止輸入電壓急劇下降，LTC4079額外提供了一種方法，即壓差調(diào)節(jié) (VIN-VBAT)。如果輸入電壓降至接近電池電壓，那么LTC4079中的壓差調(diào)節(jié)環(huán)路就會(huì)隨著輸入電壓與電池電壓的壓差減小而降低充電電流，以此保持輸入電壓高于電池電壓 160mV (典型值)。在上述兩種調(diào)節(jié)情況下，輸入電源都必須提供至少等于該器件靜態(tài)電流的電流，以防止進(jìn)入U(xiǎn)VLO狀態(tài)。無(wú)論何時(shí)，只要由于輸入電壓調(diào)節(jié)或壓差調(diào)節(jié)而導(dǎo)致充電電流降低，充電定時(shí)器都暫停。

　　鎳電池充電

　　LTC4079的設(shè)計(jì)還可以給鎳電池充電。對(duì)于鎳化學(xué)組成的電池[例如鎳鎘(NiCd)和鎳氫金屬(NiMH)電池]，必須考慮過充電的可能性。典型方法是以小電流在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行涓流充電。既然NiCd和NiMH電池可以無(wú)限期地接受C/300充電速率，那么就可以用定時(shí)充電算法實(shí)現(xiàn)持續(xù)時(shí)間較短的充電。給電池充電至不超過其容量的125%是可取的。例如，可以在設(shè)定的12至14小時(shí)內(nèi)以100mA充電電流給一個(gè) 1000mAh的NiMH電池充電。一旦電池達(dá)到其滿容量，恒定電壓調(diào)節(jié)就安全地將充電電流逐漸降至接近零。

　　結(jié)論

　　LTC4079提供了線性電池充電器以前不曾提供的功能。該器件提供寬輸入電壓和充電電壓范圍，適合多種電池化學(xué)組成和太陽(yáng)能充電，充電和終止時(shí)提供超低靜態(tài)電流，解決方案簡(jiǎn)單，占板面積緊湊，所有這些都使該器件能夠在尖端應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高性能，而在這類應(yīng)用中，更加復(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)湟欢仍俏┮贿x擇。