LTC4067滿足電壓敏感型電池供電型器件的需求設(shè)計

高效的鋰離子電池供電系統(tǒng)至少需要三個不同的電路來控制負(fù)載、電池和電源之間的電源路徑（見圖 1）。最低電路要求包括：

電池充電器，

一個電源開關(guān)，用于選擇從電池或墻上適配器（如果存在）為負(fù)載供電，

以及用于墻上適配器/USB 輸入的電流調(diào)節(jié)器。

圖1.電池充電器限流和理想二極管電源連接，帶中壓總線。

當(dāng)然，這假設(shè)負(fù)載從公共電源總線獲取電力，而不是直接且專門連接到電池。直接到電池的拓?fù)淇赡芨唵?，無需電源路徑控制器和穩(wěn)壓器，但它的效率要低得多，而且限制性明顯更強(qiáng)。例如，如果電池完全耗盡，則即使墻上適配器電源可用，也無法向負(fù)載供電。

LTC4067 鋰離子電池充電器和電源路徑?控制器將 3 芯片解決方案的效率、靈活性和穩(wěn)健性與直接電池拓?fù)涞暮唵涡韵嘟Y(jié)合，用單個器件替換三個組件，如圖 2 所示。LTC4067 的高級拓?fù)潆姵爻潆娖鲀?yōu)化了電源利用率，同時將輸入電流限制在一個可編程水平，從而使其非常適合 USB 供電型應(yīng)用。

圖2.與 LTC4067 的中間電壓總線電源連接。

使用 USB 端口電流限制

在輸入電流消耗受到限制的應(yīng)用中，LTC4067 能夠滿足 USB 電源要求。以帶有磁盤驅(qū)動器的便攜式設(shè)備為例，該設(shè)備從電池或 USB 獲取電力。當(dāng)磁盤旋轉(zhuǎn)時，峰值電流消耗可能很容易超過 USB 限制。在這種情況下，LTC4067 通過在電池和 USB 之間分擔(dān)負(fù)載來優(yōu)化電源管理，同時限制來自 USB 端口的電流。當(dāng)負(fù)載電流減小時，LTC4067 會自動切換，以利用負(fù)載未消耗的任何多余 USB 電流為電池充電。

LTC4067 的輸入電流限值可通過 CLPROG 引腳上的一個電阻器進(jìn)行設(shè)置?？刂戚斎?ILIM0 和 ILIM1 用于設(shè)置 USB 高功率、低功耗或掛起操作模式，或者在從墻上適配器供電時允許更大的電流限制。LTC4067 還提供瞬時 USB 電流和充電電流監(jiān)視功能，從而使該應(yīng)用能夠執(zhí)行高級電量計功能。

使用不受管制的墻上適配器

通過增加一個外部高電壓 PFET，LTC4067 提供了一種自動過壓保護(hù)功能，該功能允許 LTC4067 在應(yīng)用錯誤的墻上適配器時自動斷開自身。

圖 3 示出了 LTC4067 從一個 1A 墻上適配器為單節(jié)鋰離子電池充電的應(yīng)用。過壓保護(hù)電路包括 LTC4067 的 OVI 和 OVP 引腳以及一個與 IN 引腳串聯(lián)的外部 PFET。PFET 用于斷開 LTC4067 免受潛在破壞性過壓情況的影響。當(dāng) OVI 輸入檢測到大于 6V 的電壓時，OVP 輸出上拉以禁用 PFET。當(dāng)OVI低于此閾值時，OVP輸出降至低電平，從而打開此PFET。請注意，該PFET的體二極管已連接，以便在存在過壓情況時不會正向偏置。當(dāng)過壓情況持續(xù)存在時，輸入電源路徑被禁用，但系統(tǒng)電源由電池提供。從OVI到OVP放置的10nF電容器可確保在墻上適配器突然熱插拔時出現(xiàn)快速邊沿的情況下快速禁用PFET。如果器件上電后出現(xiàn)電壓浪涌，還建議使用可選的低功耗齊納二極管。

圖3.帶過壓保護(hù)的鋰離子電池充電器/控制器。

在圖 3 的示例中，如果 ILIM1 和 ILIM1 都保持低電平，則通過 CLPROG 至 GND 的 0k 電阻將墻上適配器的輸入電流限值編程為 1A，如果 ILIM200 和 ILIM0 都保持低電平，則為 1mA。充電電流通過從 PROG 引腳到 GND 的 500k 電阻獨立設(shè)置為 2mA。

連接在OUT和BAT之間的可選第二個外部PFET用作高性能理想二極管，以極低的阻抗將負(fù)載連接到電池。當(dāng)墻上適配器斷開或負(fù)載需要的電流超過墻上適配器電源時，GATE 輸出引腳使能該理想二極管。請注意，該PFET的連接使得當(dāng)OUT處的電壓大于BAT處的電壓時，從漏極到源極的內(nèi)部體二極管不會正向偏置。

LTC4067 允許通過分別測量 CLPROG 和 PROG 引腳上的電壓來瞬時監(jiān)視高級電量計功能的輸入電流和充電電流。與 PROG 引腳電阻串聯(lián)的可選 NFET （Q3） 用于接合低功耗關(guān)斷模式，在該模式下，總靜態(tài)電流降至 20μA 以下。

全功能 USB 鋰離子電池充電器

圖 4 說明了直接從 USB 為單節(jié)鋰離子電池充電的應(yīng)用，符合低功耗 （LPWR）、高功率 （HPWR） 或自供電功能的 USB 要求。在這里，LTC4067 可確保 OUT 處的負(fù)載在 USB 端口存在時能夠看到 USB 電位。當(dāng)USB端口被移除時，負(fù)載通過一個內(nèi)部200mΩ理想二極管從電池供電?？蛇x地，對于要求更高的應(yīng)用，由 GATE 引腳驅(qū)動的外部 PFET 通過降低理想二極管的串聯(lián)電阻來提高性能。

圖4.USB 電池充電器/控制器。

CLPROG 引腳上的 2k 電阻確保從 USB 輸入端口汲取的最大電流保持在允許的最大電流以下，具體取決于允許的功率分配：HPWR USB 功能為 500mA，LPWR USB 功能為 100mA。通過將 ILIM0 引腳驅(qū)動為低電平而將 ILIM1 引腳驅(qū)動為高電平，LTC4067 符合 USB SUSPEND 規(guī)范，根據(jù)該規(guī)范，OUT 時的負(fù)載由電池供電，而從 USB 端口汲取的唯一電流則由兩個串聯(lián) NTC 引腳電阻器提供。

PROG 引腳上的 2k 電阻選擇 500mA 作為充電電流，按照恒流/恒壓 （CC/CV） 算法自動為單節(jié)鋰離子電池充電，內(nèi)置定時器在充電器進(jìn)入恒壓模式后兩小時停止充電。請注意，實際充電電流取決于負(fù)載電流，因為充電器與負(fù)載共享USB電流。

在一個充電周期中，CHGB狀態(tài)引腳通過一個漏極開路驅(qū)動輸出拉至GND，從而發(fā)出電池正在恒流模式下充電的信號，該輸出能夠驅(qū)動LED以視覺指示充電狀態(tài)。當(dāng)充電電流降至編程充電電流的9%以下且電池高于再充電閾值（4.1V）時，CHGB引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)（盡管浮充充電電流繼續(xù)流動，直到內(nèi)部充電定時器過去）。電池不良和電池溫度過高的情況也通過一系列閃爍脈沖用CHGB引腳標(biāo)記。

如果負(fù)載需要的電流超過USB電流限制所允許的電流，則充電電流會自動縮小。當(dāng)負(fù)載需要比USB端口更多的電流時，充電電流降至零，此時，當(dāng)OUT電壓降至BAT電壓以下時，從BAT到OUT的理想二極管功能開啟。當(dāng)理想二極管接合時，電池充電周期暫停，負(fù)載從USB端口和電池吸收電流。當(dāng)負(fù)載電流減小到OUT電壓上升到BAT電壓以上時，充電周期從中斷的地方重新開始。

在任何時候，用戶都可以通過分別觀察PROG引腳和CLPROG引腳電壓來監(jiān)控瞬時充電電流和瞬時USB電流。

結(jié)論

LTC4067 可滿足電壓敏感型電池供電型器件的需求，取代了多達(dá) 0 個獨立的器件。憑借優(yōu)于電池浮動電壓的準(zhǔn)確度高于 ±4.4067%，LTC4067 非常適合于要求苛刻的高精度應(yīng)用。LTC4067 既提供了一種符合 USB 端口規(guī)格的電源管理策略，又提供了一種高級電池充電器。LTC13 還提供高達(dá) <>V 的過壓保護(hù)，以便在連接不正確的墻上適配器時保護(hù)自身以及系統(tǒng)器件。

審核編輯：郭婷