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作者：凌力爾特公司電源產品部高級產品市場工程師Steve Knoth 背景信息 開關模式電池充電器因為拓撲具有靈活性，可以給多種化學組成的電池充電，提供很高的充電效率以最大限度減少熱量并實現快速充電，還可提供范圍很寬的工作電壓，所以可在很多應用中。然而，開關充電器也有一些缺點，包括成本相對較高、基于電感器的設計比較復雜、可能產生噪聲以及解決方案占板面積比較大。另一方面，傳統線性拓撲電池充電器常常因占板面積緊湊、簡單和成本較低而受到重視。傳統線性充電器的缺點包括：輸入和電池電壓范圍有限；電流消耗相對較大；功耗過高；充電終止算法有限；效率相對較低(效率約為[VOUT/VIN] x100%)。由于上述優點，過去一直用開關模式充電器給新式鉛酸(LA)電池、無線電源、能量收集、太陽能充電、遠程傳感器以及嵌入式汽車應用供電。不過，現在有機會出現一種超低電流消耗、高壓線性電池充電器，這并沒有一般線性充電器有關的缺點。 尖端應用需要更有效的線性充電器 能夠從創新性、高壓和超低靜態電流線性充電器受益的一些尖端應用領域包括： ●低充電電流的密封鉛酸(SLA)電池應用。SLA電池的寬溫度范圍對很多遠程傳感器/控制應用都是有益的。這類遠程應用功率通常非常低，不需要快速充電，因此可以使用低充電電流，這類應用僅需要保持電池充電完成。 ●就無線電源而言，充電是在非常低的功率水平上進行的，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用中，低靜態電流都是必須的，以避免與下游負載爭奪電流。 ●太陽能充電從太陽能電池板和電池獲得電壓，電壓變化范圍很寬。就低功率應用而言，線性充電器能夠很好地工作。 ●用于監視或控制的遠程傳感器一般用于低功率工業應用，其電池主要用于備份。因此，充電時間不重要，視具體應用的不同而不同，輸入/電池電壓的變化范圍很寬。在這類應用中，低IQ線性充電器很適合。 ●嵌入式汽車應用的輸入電壓 >30V，有些甚至更高。例如，起防盜威懾作用的GPS定位系統。線性充電器的典型電壓為 12V 至兩節串聯鋰離子電池電壓 (典型值為7.4V)，對更高電壓具備增強保護功能，因此對這類應用而言是很有用的。 新的線性充電器解決方案 顯然，適合上述應用、能夠解決相關問題的線性拓撲IC充電解決方案需要具備多項以下屬性： ●低靜態電流 ── 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，當充電已經終止、輸入不存在時，低電池IQ也能延長電池壽命 ●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對多種電池組 ●能夠給多種化學組成的電池充電 (鋰、鉛酸、鎳電池等) ●簡便自主地工作，具備內置充電終止 (μC) ●適用于太陽能輸入電源的輸入電壓調節 ●占板面積很小且扁平解決方案 ●先進的封裝以提高熱性能和空間效率 幸運的是，凌力爾特不久前推出的LTC4079線性電池充電器已經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組成，靜態電流很低 (充電時僅為4μA)，其線性拓撲提供簡單的無電感器設計，接受2.7V至 60V的寬輸入電壓范圍。可用電阻編程的1.2V至60V電池充電電壓范圍和嚴格的±0.5%電壓準確度以及內置可調充電終止使LTC4079適合很多電池化學組成，包括鋰離子/聚合物、磷酸鐵鋰 (LiFePO4)、鎳和鉛酸化學組成。可通過一個外部電阻器在10mA至250mA范圍內調節充電電流，與同類充電器不同，該器件以低充電電流保持高準確度。用為數不多的幾個外部組件可以給3級鉛酸電池充電，同時LTC4079相對低的充電電流使其更加適合給鉛酸電池進行浮置充電。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進行涓流充電。應用包括嵌入式汽車和工業系統、備份電池充電、能量收集應用和基于薄膜電池的產品。 LTC4079的輸入電壓調節功能可將IN引腳調節至一個恒定電壓，或調節為以恒定電壓差高于電池電壓。這些功能可用來防止電流受限電源 (例如電量不足的電池或太陽能電池板) 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定門限的過程中，充電電流也隨之下降。這種調節機制允許基于電池要求選擇充電電流，同時使LTC4079能夠照顧到輸入電源不能按設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用電路圖 LTC4079的熱量調節功能確保在無過熱風險的前提下，達到規定的最大充電電流。充電可以通過C/10或內置的可調定時器終止。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，在備用狀態用采樣反饋電壓自動再充電以使電池漏電流可以忽略不計，以及開漏CHRG引腳狀態輸出。一旦電池充電完畢，就每隔3秒時間通過反饋網絡對電池電壓采樣一次，以最大限度減小電池漏電，從而延長電池運行時間。 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現卓越的熱性能。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 ●可調電池電壓：1.2V 至 60V ●可調充電電流：10mA 至 250mA ●充電時靜態電流很低IIN= 4μA ●停機或充電時電池漏電流超低：IBAT< 0.01μA ●自動再充電 ●適合高阻抗電源的輸入電壓調節 ●熱量調節最大限度地提高輸出電流，同時不會導致過熱問題 ●具備±0.5%準確度的恒定電壓反饋 ●實現溫度合格充電的NTC熱敏電阻器輸入 ●可調安全定時器 ●充電狀態指示 ●耐熱增強型10引線 (3mm x 3mm) DFN封裝 太陽能充電--輸入電壓調節和壓差調節 基于太陽能電池板的充電應用越來越多地適用于多種化學組成的電池，不過鋰離子/聚合物 /磷酸鐵鋰以及鉛酸電池在這類應用中是最流行的。LTC4079的電壓調節可以毫無問題地應對這些應用情況。當采用電量不足的電池或太陽能電池板等電流受限的電源充電時，該IC可調節IN引腳上的恒定電壓。這個功能可用來防止輸入電壓急劇下降至低于 UVLO，或者用來保持輸入電源電壓處于峰值功率點。在輸入電壓下降至所設定門限的過程中，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定，如圖3所示。
圖3：設定LTC4079的輸入電壓調節 輸入電壓調節門限VIN(REG)按如下公式計算：
這種調節機制允許基于電池的要求以及根據可從充電電源獲得的最大功率選擇充電電流。當輸入電源不能提供設定充電電流時，LTC4079自動降低充電電流。 為了在輸入電源由功率不足的電源提供時防止輸入電壓急劇下降，LTC4079額外提供了一種方法，即壓差調節 (VIN-VBAT)。如果輸入電壓降至接近電池電壓，那么LTC4079中的壓差調節環路就會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)。在上述兩種調節情況下，輸入電源都必須提供至少等于該器件靜態電流的電流，以防止進入UVLO狀態。無論何時，只要由于輸入電壓調節或壓差調節而導致充電電流降低，充電定時器都暫停。 鎳電池充電 LTC4079的設計還可以給鎳電池充電。對于鎳化學組成的電池[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一段時間內進行涓流充電。既然NiCd和NiMH電池可以無限期地接受C/300充電速率，那么就可以用定時充電算法實現持續時間較短的充電。給電池充電至不超過其容量的125%是可取的。例如，可以在設定的12至14小時內以100mA充電電流給一個 1000mAh的NiMH電池充電。一旦電池達到其滿容量，恒定電壓調節就安全地將充電電流逐漸降至接近零。 結論 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，適合多種電池化學組成和太陽能充電，充電和終止時提供超低靜態電流，解決方案簡單，占板面積緊湊，所有這些都使該器件能夠在尖端應用中實現高性能，而在這類應用中，更加復雜的開關穩壓器拓撲一度曾是惟一選擇。 |
