相對較低容量電池的充電、或后備和“保持運作型”電池的維護充電而言,線性拓撲電池充電器因其緊湊的占板面積、簡單和可負擔能力而受到重視。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,因而導致無法滿足許多工業和汽車系統的要求。
有些開關模式解決方案能接受高輸入電壓,而開關拓撲可提供電流和效率方面的優勢,但是它們在復雜性和解決方案占板面積上卻付出了重大的代價。最后的結果是,對于“保持運作型”系統或后備電池充電器中必需的低電流來說,開關模式解決方案往往就是“殺雞用牛刀”了。此外,適合高達 60V 之汽車和工業應用的解決方案實在少之又少。
LTC?4079 是一款寬輸入范圍獨立型充電器,其可由任何2.7V至高達60V的DC電源來供電,因而能夠直接采用 12V 和 24V DC 系統電源軌或甚至 48V 工業電源實施恒定電流 / 恒定電壓 (CC/CV) 充電。其簡單與堅固性的組合使之能夠輕而易舉地滿足在這些環境中“持續運作型”系統或后備電池解決方案的充電需求。圖1為簡單鋰離子電池充電器的實例。
堅韌性與靈活性的巧妙組合
LTC4079 的充電電壓可采用電阻來設置,這與其面向實際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輸入電壓范圍內保持穩定。
在 PROG 引腳上采用單電阻能設置充電電流至高達250mA,并可根據PROG電壓來監視充電電流。充電終止功能是我們熟悉的:基于定時器、利用 TIMER引腳電容進行設置、或通過把TIMER引腳連接至地以實施 C/10 電流檢測。CHRG 狀態引腳利用任一種方法發出充電終止指示信號。另外,定時器電容還用于失效電池檢測。
利用 NTC 和 NTCBIAS 檢測網絡以構成完整的充電器電路可實現適宜溫度充電。LTC4079的耐熱性能增強型 3mm x 3mm DFN 封裝包括一個內部傳輸元件,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。
創新型調節
相比于傳統的充電器,LTC4079進行了多項改進,其擁有幾種與眾不同的充電電流調節方法。首先,對于寬范圍但電流受限或高阻抗源,輸入電壓可調節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值以下,從而實現充電電流的最大化。利用該內部調節方案無需外部組件。圖 3 示出了采用一塊太陽能電池板對一個12V 密封鉛酸電池組進行溫度補償型浮動充電的實例,但輸入電壓與電池電壓的任意組合都是可以的。
當能量收集器或小型太陽能電池板等非常低功率電源不能連續提供 10mA 最小充電電流時,LTC4079 的差分電壓調節是特別有用。在面對欠壓閉鎖 (UVLO)時,該特性允許充電操作在可能的情況下繼續進行,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。
為了獲得一個更具體的輸入電壓調節設定點,使能輸入引腳 EN 可伺服至一個電阻分壓器。當輸入電壓達到該設定點時,充電電流減小以避免給電源施加任何進一步的負載。這樣,使能輸入可用于設定一個針對某種給定電源的最小工作電壓。
最后一種電流調節方法 (即“熱調節”) 對于單片式器件通常是很重要,但對于線性穩壓器來說則應強制。在較為嚴酷的環境中或在高的 VIN/VBAT 比條件下(此時充電電壓遠遠低于標稱輸入電壓),這種方法尤其有用。充電電流將減小,直到芯片結溫降至低于118°C 為止。參考圖 3 所示具有輸入電壓調節功能的電路實例,其可避免弱的輸入源遭受過載。
低的靜態吸收電流
在充電時,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。當把能量從一個容量較高的電池轉移至一個較小的后備電池時,這一點尤其重要。在電池后備系統中,電壓反饋分壓器從電路中剔除以進一步減輕電池的負載,從而把停機電流減小至 10nA (典型值),并確保在整個電池系統的長期備用或貯存期間不會發生意外的容量衰減。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或不需維護的“設定后便不需再過問”之設計。
總結
LTC4079 的緊湊和全面型設計非常適合于維護及“保持運作型”的電池充電解決方案,但其并不局限于此類應用。該器件豐富的特性使之能夠容易地適應工業、汽車、太陽能、醫療、軍事 / 航天和消費電子產品領域中任何數量的充電任務。
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原文標題:單片式線性電池充電器采用高達 60V 的輸入運作
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