用于備用電池的智能電池充電器

用于備用電源的最常見電源是電池。在備用電源系統(tǒng)中，通過持續(xù)監(jiān)控電池的健康狀況和充電狀態(tài)，了解電池是否隨時準備就緒且可靠非常重要。智能電池是目前可以滿足這些要求的最佳行業(yè)標準系統(tǒng)。

智能電池系統(tǒng)（SBS）的兩個重要特點是它們與電池化學成分無關(guān)，并提供內(nèi)置的電量計。由于充電系統(tǒng)不再承擔充電監(jiān)控和應用特定化學充電算法的負擔，因此充電器本身可以是真正的通用，接受任何智能電池，無論類型或容量如何。主機系統(tǒng)只需提供智能電池充電器即可保證健康的電池保持充滿電狀態(tài)并檢測到損壞的電池。

這無疑簡化了充電器設(shè)計。同一充電器無需修改即可在各種產(chǎn)品中使用。它還簡化了現(xiàn)場和工廠升級到不同的化學品或更高的容量。

LTC?4100 智能電池充電器主要針對高功耗便攜式產(chǎn)品（如筆記本電腦）中的大電池配置。許多新產(chǎn)品不需要 LTC4100 的高電壓能力，但仍需要 SBS 系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。LTC?4101 是 LTC4100 智能電池充電器的一個特殊版本，其經(jīng)過優(yōu)化以在低于 5.5V 的電池電壓下工作，同時保留了 LTC4100 節(jié)省空間的優(yōu)勢。

LTC?4101 智能電池充電器

LTC?4101 是一款緊湊型智能電池充電器，專為低于 5.5V 的電池電壓而優(yōu)化。它通過減小外部元件的尺寸來縮小整體電路尺寸。例如，它利用了緊湊型陶瓷電容器節(jié)省空間的功能，同時避免了任何可聞的噪音。它還工作在 300kHz 的高開關(guān)頻率，因而允許使用非常小、低成本的電感器。電感值可在 4A 和 4.7V 輸入時低至 5μH。

圖1.具有 2A 輸入電流限制和 1A 充電功率的充電器。

LTC?4101 是一款符合智能電池充電器 V2.1 和 SMBus V1.1 標準的 1 級 （從屬） 智能電池充電器。輸入電壓范圍為 6V 至 28V，而輸出電壓范圍為 3V 至 5.5V。電流精度分別為10%和11.5%的0位電流DAC和8位電壓DAC提供精密充電能力。頂部 P 溝道 MOSFET 可實現(xiàn) 98% 的最大占空比，從而顯著減少器件總數(shù)和 IC 引腳數(shù)，同時保持超過 95% 的效率（參見圖 2）。

圖2.單節(jié)鋰離子電池電壓下的效率。

LTC4101 還提供了許多獨特的功能，包括一個電流限制和電壓限制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可防止 SMBus 數(shù)據(jù)損壞錯誤產(chǎn)生有害的充電值。獲得專利的SMBus加速器1提高高電容走線中的數(shù)據(jù)速率，同時防止總線噪聲損壞數(shù)據(jù)（見圖3）。

圖3.內(nèi)置 SMBus 加速器可提高上升時間性能和噪聲容限。

圖1所示為典型的緊湊型單電池充電器。該電路可為電池充電高達1A，并連續(xù)開關(guān)至零負載電流。LTC4101 能夠提供高達 4A 的充電電流。其他功能包括：

交流電信號具有精度為 3% 的用戶可調(diào)跳變點

一種安全信號電路，可抑制由于突然出現(xiàn)高充電電流引起的接地反彈而導致的誤熱敏電阻跳閘

直流輸入 FET 二極管電路，可防止電池電流倒流到墻上適配器或直流電源

超快過壓比較器電路，可在充電過程中電池突然取出或斷開時防止電壓過沖。

VLIM 和 ILIM 設(shè)置，用于保護電池免受 SMBus 通信中出現(xiàn)數(shù)據(jù)損壞錯誤時可能發(fā)生的過電壓或電流情況的影響。

輸入限流檢測電路2用于限制充電電流，以防止墻上適配器在系統(tǒng)功率增加時過載。

陶瓷電容器減小尺寸并提高可靠性

近年來最大的節(jié)省空間的變化之一是使用高電容和電壓（高C / V）陶瓷電容器。在開關(guān)穩(wěn)壓器應用中，陶瓷的低ESR允許它們處理每微法拉相對較大的紋波電流，同時保持相對便宜的價格。電池充電器可以獲得同樣的好處，只要它們的反饋回路在陶瓷電容器下保持穩(wěn)定。

陶瓷有其獨特的挑戰(zhàn)，例如壓電特性，如果存在具有可聽頻率的交流電流，則會導致可聽噪聲。這種頻率可能發(fā)生在電池充電器的兩個極端負載下：低壓差和輕負載。

電池充電器的墻上適配器電壓通常僅比峰值電池電壓高幾伏。根據(jù)設(shè)計，當充電器接近 100% 占空比時，開關(guān)頻率在到達直流的途中會通過可聽范圍?；蛘撸潆婋娏鞯陀赑WM控制器維持穩(wěn)壓能力的情況可能會導致開關(guān)周期不連續(xù)或周期跳躍。周期跳躍開關(guān)周期可能發(fā)生在可聽范圍內(nèi)。這通常發(fā)生在電池在充電過程中暫時斷開自身以評估終止條件，從而迫使充電電流為零時。陶瓷電容器將周期跳躍或低壓差開關(guān)活動轉(zhuǎn)換為可聞噪聲。LTC4101 通過在所有負載 （甚至 0A） 下連續(xù)切換來避免此問題。

高開關(guān)頻率使電感器保持較小

充電器系統(tǒng)設(shè)計人員經(jīng)常需要降低電感值，以利用更小尺寸的組件。問題在于，給定開關(guān)頻率下的電感越小，電感紋波電流就越大，從而增加了輸出電容的尺寸。但是，如果開關(guān)頻率與電感的降低成正比，則輸出電容可以保持不變。LTC4101 在 300kHz 的開關(guān)頻率下工作，因而允許使用纖巧、扁平的電感器。

結(jié)論

LTC?4101 智能電池保留了與 LTC4100 相同的緊湊外形尺寸優(yōu)勢，同時針對需要備用電池的緊湊型產(chǎn)品中可以找到的低電壓電池組進行了優(yōu)化。

審核編輯：郭婷