快速速率鋰離子電池充電器

Goran Perica

筆記本電腦的最新趨勢是增加電池工作時間和更快的處理器速度。這兩個要求，加上對更快電池充電（1-2小時）的需求，給電池充電電路和墻上適配器帶來了壓力。典型的筆記本電腦系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1.典型的筆記本電腦電源。

墻上適配器通常是 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，在 20A–3A 負(fù)載電流下具有 4V 輸出。當(dāng)筆記本電腦運(yùn)行時，系統(tǒng)可能會消耗來自墻上適配器的所有可用電流，沒有剩余的電量為電池充電。但是，一旦系統(tǒng)的電源要求低于墻上適配器的電流限制，電池充電就可以恢復(fù)。為了在盡可能短的時間內(nèi)為電池充電，一旦系統(tǒng)有任何剩余電流，就應(yīng)該立即開始充電。理想的情況是當(dāng)電池充電電流和系統(tǒng)電流之和略低于墻上適配器的電流限制時：

我在哪里IN_MAX是墻上適配器電流限制，I.SYS是系統(tǒng)負(fù)載電流和I充電器是電池充電器電流。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要調(diào)整電池充電器電流，使兩個電流的總和略低于最大可用輸入電流IIN_MAX.LT1505 集成了一種獲得專利的電池充電器輸入電流限制功能以及提供一款完整的單芯片電池充電電路解決方案所需的其他功能。

LT1505 特性

LT?1505 是一款恒定電流 （CC）、恒定電壓 （CV） 模式開關(guān)電池充電器電路，具有以下特性：

0.5% 電壓基準(zhǔn)

5% 輸出電流調(diào)節(jié)

輸出電壓預(yù)設(shè)為 3 節(jié)或 4 節(jié)鋰離子電池（12.3V、12.6V、16.4V 和 16.8V）

輸出電壓可在 1V 至 21V 范圍內(nèi)編程

低電壓在-to-V外工作電壓（壓差 <0.5V）

可編程交流墻上適配器電流限制

可編程峰值電池充電電流

電池漏極 <10μA （停機(jī)模式）

94% 效率

電路說明

LT?1505 是一款采用 N 溝道 MOSFET 的同步降壓型轉(zhuǎn)換器。LT1505 的工作頻率為 200kHz，并能夠同步至一個頻率高于 240kHz 的外部時鐘。LT1505 IC 具有一個欠壓閉鎖電路，該電路可檢測一個輸入電源的存在并啟用電池充電。一旦超過欠壓鎖定，PWM 將開始運(yùn)行，輸入 MOSFET M3 接通，從而降低其內(nèi)部體二極管 D 兩端的壓降身體（見圖2）。

圖2.4A 鋰離子電池充電器。

LT1505 監(jiān)視來自墻上適配器的電流并控制電池充電器電流。例如，如果將 3A、20V 墻上適配器與 12.6V 鋰離子電池組一起使用，則當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時，電池充電電流峰值可以設(shè)置為：

其中IBATT MAX是系統(tǒng)空閑時的最大電池充電電流，η是電池充電器的效率，VIN是墻上適配器輸出電壓，VBATT是電池充電電壓。

假設(shè)效率為90%，上述示例可以提供超過4A的電池充電電流。LT1505 將在系統(tǒng)電流超過 （IIN_MAX – ICHARGER） 時立即減小電池充電電流。例如，如果使用 20V、3A 的墻上適配器，并且系統(tǒng)從適配器吸收 2A 電流，則為電池充電的可用電流將為 ICHARGER = 1A。由此產(chǎn)生的電池充電電流IBATT將為：

或

來自墻上適配器的輸入電流通過電流檢測電阻 RS4。輸入電流的一部分進(jìn)入系統(tǒng)負(fù)載，其余部分進(jìn)入 LT1505 電池充電器。RS4 兩端的壓降由一個門限為 90mV 的電流比較器監(jiān)控。一旦達(dá)到 90mV 的門限，LT1505 將減小編程的電池充電電流，從而使峰值輸入電流不超過預(yù)設(shè)限值。因此，最大輸入電流（IIN_MAX）將為：

其中 ISYSTEM 是系統(tǒng)負(fù)載電流，ICHARGER 是 LT1505 電池充電器電流，RS4 是電流檢測電阻器。當(dāng)圖2中的電阻值為0.025Ω時，輸入電流限值IIN_MAX將設(shè)置為3.6A。

電池充電電流限制由 RPROG、RS1 和 RS2 設(shè)置，為：

其中VPROG是2.465V的參考電壓。圖2中的值是針對4A的電流限值（IBAT_MAX）選擇的。將RS1更改為0.050Ω會將IBAT_MAX設(shè)置為2A。

此外，峰值電池充電電流（IBAT_MAX）可由主機(jī)編程。如果RPROG被電阻網(wǎng)絡(luò)取代，則IBAT_MAX可以設(shè)置為0.25A的增量，如圖3所示。

圖3.電池充電電流編程。

圖2中的電池充電器通過同步操作和輸入功率FET實(shí)現(xiàn)了高效率。效率高達(dá)94%，如圖4所示。

圖4.4V 輸入時效率為 12A、6.20V 電池充電器。

印刷電路板布局

布置PCB時，建議采用多層布局，其中一層作為實(shí)心接地層。LT1505 和與之相關(guān)的低功率組件應(yīng)盡可能靠近。此外，所有電源組件應(yīng)放在一起，并靠近LT1505控制電路。目標(biāo)是使所有高功率開關(guān)電流盡可能本地化。連接到接地層的元件應(yīng)盡可能靠近連接到接地層的引腳放置過孔。此外，電源組件應(yīng)具有更大或多個連接到接地層的過孔。避免以輸入和輸出電流流過 LT1505 IC 的方式放置電源組件。此外，為了保持較低的元件溫升，請盡可能多地使用銅。將多邊形平面用于高功率網(wǎng)絡(luò)，例如連接到 V 的平面在/ 5抄送、SW、V.BAT圖2中的GND將有助于散熱，并降低導(dǎo)體和MOSFET的功耗。

其他應(yīng)用

LT1505 還可用于其他系統(tǒng)拓?fù)?，例如圖 5 所示的電信應(yīng)用。圖5中的電路使用電池來滿足峰值功率需求。這樣，墻上適配器所需的峰值功率可以遠(yuǎn)低于負(fù)載所需的峰值功率。墻上適配器只需提供平均功率。

圖5.典型的電信應(yīng)用。

結(jié)論

LT?1505 是一款完整的單芯片電池充電器解決方案，可滿足當(dāng)今高性能筆記本電腦應(yīng)用中苛刻的充電要求。該器件需要少量外部元件，并提供電池充電和電源管理所需的所有功能。高效率和小尺寸允許與筆記本電腦電路輕松集成。此外，通過添加簡單的外部電路，主機(jī)可以輕松控制充電，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的充電方案。

審核編輯：郭婷