4A鋰離子電池充電器接受32V輸入

鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步繼續(xù)生產(chǎn)出容量和能量密度更高的電池。充電/放電速率能力也在上升，有時(shí)達(dá)到多個(gè)C速率（C是以安培小時(shí)表示的電池容量的標(biāo)準(zhǔn)指示符）。這些技術(shù)正在進(jìn)入消費(fèi)、汽車(chē)、醫(yī)療和工業(yè)市場(chǎng)。在大多數(shù)情況下，充電器必須能夠在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)為多個(gè)電源充電。

高容量/電流電池需要能夠安全、高效且經(jīng)濟(jì)高效地處理大電流的充電器。到目前為止，構(gòu)建安全的大電流電池充電器需要使用多個(gè)IC和大量外部組件，從而產(chǎn)生昂貴且笨重的解決方案。LT?3651 集成式電池充電器通過(guò)支持高達(dá) 4A 的充電電流和接受高達(dá) 32V 的輸入電壓解決了這一問(wèn)題。

電池充電器特點(diǎn)

隨著電池容量的增加，充電器的安全性是一個(gè)重大問(wèn)題。LT3651 包括所有必要的充電終止和保護(hù)功能。充電終止方法包括 C/10 終止或安全定時(shí)器終止。其他保護(hù)功能包括電池溫度監(jiān)控、禁用過(guò)熱或過(guò)冷的電池充電、深度放電電池的電池預(yù)處理以及定時(shí)器模式下的電池不良檢測(cè)。

LT3651 提供了一個(gè)額外的電源路徑?根據(jù)總輸入電源電流調(diào)節(jié)電池充電電流的功能。利用此功能，如果輸入電源上的其他負(fù)載增加其電流，使得總輸入電源負(fù)載超過(guò)編程限值，則電池充電器電流會(huì)降低。這使得設(shè)計(jì)人員能夠降低輸入電源要求，從而更有效地管理電源。此功能還可用于通過(guò)限制設(shè)定的最大輸入功率來(lái)強(qiáng)制實(shí)施熱預(yù)算。

LT3651 可通過(guò)一個(gè)外部電阻器來(lái)設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率、平均電池充電器電流和輸入電流限值 （減小電池充電電流以嘗試和維持恒定的輸入電流）。一個(gè)外部電容器設(shè)置定時(shí)器控制端接的超時(shí)周期。

LT3651 以高頻率工作，從而減小了電感器和濾波器組件的尺寸。頻率可由用戶調(diào)節(jié)，具有在較高電壓下降低功耗和控制頻譜諧波的優(yōu)勢(shì)。

充電周期

鋰離子電池充電通常使用恒流/恒壓 （CC/CV） 充電算法。鋰離子電池最初以恒定電流充電，通常在 0.5C 到 1C 之間，盡管較新的電池可以使用更高的速率。當(dāng)電池電壓接近充滿電的浮動(dòng)電壓時(shí)，充電器會(huì)降低充電電流并過(guò)渡到恒壓操作。LT3651 可防止電池過(guò)度充電，從而保護(hù)電池免受損壞。LT3651 有四種變體，支持 4.1V、4.2V、8.2V 和 8.4V 浮動(dòng)電壓。

LT3651 將一個(gè)同步降壓型開(kāi)關(guān)器與一個(gè)電池充電器相結(jié)合，以高效產(chǎn)生高充電電流。它提供CC/CV充電特性，并根據(jù)電池電壓調(diào)整充電電流。在恒流操作期間，提供給電池的最大充電電流可通過(guò)檢測(cè)電阻器進(jìn)行設(shè)置，最高可達(dá) 4A，并使用 RNG/SS 引腳進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)電池接近充滿電的浮動(dòng)電壓并且充電器過(guò)渡到恒壓充電模式時(shí)，充電電流在內(nèi)部降低。

充電周期按充電電流水平或時(shí)間終止。一旦端接，充電器將處于低功耗狀態(tài)，從輸入電源吸收約85μA電流，從電池吸收不到1μA電流。在兩種終止模式下，當(dāng)電池電壓降至浮動(dòng)電壓（再充電電壓）的 97.5% 時(shí)，將重新啟動(dòng)充電。

兩個(gè)引腳指示充電狀態(tài)。充電時(shí)，CHRG 引腳會(huì)主動(dòng)吸收電流，因此從電源到該引腳的 LED 可提供充電的視覺(jué)指示。完成一個(gè)充電周期后，引腳轉(zhuǎn)換至高阻抗。FAULT 引腳提供有關(guān)充電中斷的其他信息，例如電池超出溫度范圍故障或電池故障損壞。

具有輸入短路保護(hù)的 4A 充電器

圖1所示為一款采用4.6V至5V輸入供電的基本32A單節(jié)鋰離子電池充電器。如果輸入電源電壓超過(guò)32V，則充電暫停，但I(xiàn)C可以承受高達(dá)40V的輸入電壓而不會(huì)損壞。因此，此應(yīng)用可用于從6.5V至32V范圍內(nèi)的不同輸入充電。

圖1.基本單節(jié) 4A 充電器。

4A 最大充電電流相當(dāng)于 95mV 和 24mΩ 外部檢測(cè)電阻兩端。這種基本設(shè)計(jì)沒(méi)有利用狀態(tài)引腳、電池溫度監(jiān)控或安全定時(shí)器功能。當(dāng)電池電壓接近4.2V且充電電流降至約400mA時(shí)，電池充電周期終止。當(dāng)電池電壓降至4.1V時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)新的充電周期。

MOSFET 用作低損耗二極管，在輸入短路時(shí)提供反向阻斷。這可以防止電池通過(guò)充電器放電。

寬輸入范圍、2 節(jié)電池充電器

圖2所示為2節(jié)9V至32V充電應(yīng)用。這可用于輸入需要承受寬輸入電壓的汽車(chē)應(yīng)用。此應(yīng)用使用 ?8.2 或 ?8.4 選項(xiàng)以 4A 電流為兩節(jié)鋰離子電池充電。此應(yīng)用還使用輸入電流調(diào)節(jié)功能。RIL 監(jiān)視從同時(shí)提供充電電流和系統(tǒng)負(fù)載的電源汲取的電流。如果組合輸入電流超過(guò)6.3A，則降低充電電流以防止輸入電流增加。輸入電源電壓通常相對(duì)恒定。對(duì)于這種情況的應(yīng)用，圖2中的設(shè)置也會(huì)限制總輸入功率。例如，使用12V輸入電源時(shí)，總輸入功率將限制在約75W。

圖2.2節(jié)鋰離子9V至32V充電器，具有輸入電流限制和3小時(shí)充電超時(shí)。

在此應(yīng)用中，安全定時(shí)器用于終止，定時(shí)器在溫度故障期間暫停，因此電池將獲得一個(gè)完整的充電周期，即使如果電池超出允許的溫度范圍，該循環(huán)也會(huì)中斷。定時(shí)器引腳上的電容器設(shè)置充電時(shí)間，在本例中為三個(gè)小時(shí)，因此充電繼續(xù)超過(guò)C/10充電點(diǎn)。超時(shí)時(shí)，器件進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，將電池放電電流降至 1μA 以下。

定時(shí)器還可以確定電池是否損壞。LT3651 具有一種自動(dòng)預(yù)處理模式，該模式可優(yōu)雅地啟動(dòng)一個(gè)深度放電電池的充電周期。如果電池電壓低于浮動(dòng)電壓的70%的前提閾值（?5.8為8.4V），則最大充電電流降至編程最大值（15.0C）的15%，直到電池電壓上升超過(guò)前置條件閾值。該電流足以激活電池組中的任何安全電路，并提供較小的充電電流。如果電池對(duì)預(yù)置電流沒(méi)有響應(yīng)，并且在充電周期的1/8（本應(yīng)用中為22.5min）后電池電壓沒(méi)有超過(guò)預(yù)置電流閾值，則不會(huì)啟動(dòng)全電流充電并發(fā)出電池故障。

該應(yīng)用還利用電池組中的外部NTC電阻來(lái)監(jiān)控電池溫度。通過(guò)將一個(gè)10k NTC熱敏電阻從器件的NTC引腳連接到地，可實(shí)現(xiàn)欠熱和過(guò)熱保護(hù)。如果熱敏電阻的溫度大于40°C或小于0°C，則此功能將暫停充電循環(huán)。

兩個(gè)狀態(tài)引腳 CHRG 和 FAULT 用于將充電器狀態(tài)傳達(dá)回控制器。雖然 LT3651 不需要控制器即可工作，但可以使用一個(gè)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)附加功能。狀態(tài)引腳指示：待機(jī)/關(guān)斷;恒流/恒壓充電（>C/10）;電池檢測(cè)不良和溫度故障。當(dāng)然，在其他應(yīng)用中，可以在這些引腳上放置LED以進(jìn)行視覺(jué)指示。

LT3651 的另一個(gè)特性是能夠承受高達(dá) 40V 的輸入電壓，這有助于汽車(chē)設(shè)計(jì)。

當(dāng)輸入電壓超過(guò)32V時(shí)，輸出開(kāi)關(guān)被禁用，但可以度過(guò)過(guò)壓條件。

輸入二極管用于防止鋰離子電池在輸入短路時(shí)放電。如上例所示，可以用MOSFET代替，以提高效率。

更多選項(xiàng)

充電電流和輸入電流限制控制引腳還可用于為充電器應(yīng)用提供其他功能。圖3顯示了充電電流隨直流電增加而減小的應(yīng)用在，這是控制輸入源功耗的有用功能。

圖3.4A單節(jié)電池充電器，具有高壓電流折返。

圖4顯示了一個(gè)具有反向功能的應(yīng)用，其中充電電流在較低的輸入電壓下降低，因此在電源電壓下降時(shí)，消耗的負(fù)載更少。

圖4.4A 2芯充電器，帶低電壓電流折返。

請(qǐng)注意，一般而言，ILIM 引腳和 RNG/SS 引腳均可控制充電電流，并且可以動(dòng)態(tài)更改以產(chǎn)生其他功能。

圖5顯示了一個(gè)應(yīng)用，它提供最大功率點(diǎn)控制（MPPC）功能，可在恒定電壓下調(diào)節(jié)輸入電壓。這對(duì)于太陽(yáng)能電池板應(yīng)用很有用。它利用輸入限流放大器，并對(duì)其進(jìn)行重新配置以實(shí)現(xiàn)輸入電壓調(diào)節(jié)。差分 CLP-CLN 電壓用于調(diào)節(jié)輸出電流?；鶞?zhǔn)電壓源由齊納二極管設(shè)置，但可以通過(guò)多種方式完成。NPN 用于緩沖 CLN 輸入偏置電流?？s短 ILIM 以消除 CLP 和 CLN 之間的內(nèi)置偏移量。在這種情況下，輸入調(diào)節(jié)設(shè)置為17V，但可通過(guò)100k/61.9k分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖5.4A 2芯充電器，具有最大功率點(diǎn)控制。

總結(jié)

LT?3651 是一款多功能、緊湊且易于使用的解決方案，用于為具有高達(dá) 4A 電流的鋰離子電池充電，并可采用高達(dá) 32V （40V 穿越）的輸入電源充電。高效率、內(nèi)置安全控制和緊湊的尺寸使其成為各種應(yīng)用的理想選擇。

審核編輯：郭婷