背景知识

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许多由电池供电的设备通常需要各种充电电源、电池化学成分、电压和电流。例如，随着适合所有类型电池化学的新型大型电池组的出现，高端消费、医疗、工业和汽车电池充电器电路都需要更高的电压和电流。此外，支持宽功率范围的太阳能电池板也用于各种可充电密封铅酸(SLA)电池和锂电池的创新系统供电。如人行道信号灯、便携式扬声器系统、垃圾压实机，甚至海上浮标灯。此外，太阳能应用中的一些铅酸(LA)电池是一种深循环电池，除了深放电外，还可以长时间重复充电。深海浮标是一个需要10年使用寿命的好例子。另一个例子是可再生能源系统(如太阳能或风能发电)离网型(即与电力公司断开连接)。由于维护困难，这些系统必须持续运行。

即使在非太阳能应用领域，最近的市场趋势也表明人们对高容量SLA电池重新燃起了兴趣。从成本/功率输出的角度来看，汽车或启动应用SLA电池价格不高，能在短时间内提供高脉冲电流，是汽车等汽车启动器应用的理想选择。嵌入式汽车的输入电压高于30 V，有些甚至更高。考虑防盗威慑作用GPS定位系统；典型的12 V输入降至2个串联锂离子电池(一般7个).4 V)所有需要高压保护的线性充电器都具有应用价值。深循环铅酸电池是另一种受工业应用欢迎的技术。其电池板比汽车电池厚，设计放电量可低至总容量的20%。叉车和高尔夫球车通常用于需要长时间连续供电的场合。然而，像锂离子电池一样，铅酸电池对过度充电非常敏感，因此在充电过程中必须仔细处理。

只有许多输入电压、充电电压和充电电流组合的需求，只有一小部分可以基于电流集成电路(IC)解决方案。其他更复杂的组合和拓扑，通常采用集成电路和分立组件组合，繁琐而繁琐。直到2011年，AD该公司利用其流行的双芯片充电解决方案来解决市场问题，从而改变了这种情况。解决方案的原因LTC4000电池充电控制器IC配套外部补偿兼容型dc-dc由转换器组成。

开关和线性充电器

传统的线性拓扑电池充电器IC由于其尺寸紧凑、简单、成本低，常受到重视。但这些线性充电器存在输入和电池电压范围有限、电流消耗相对较高、功耗过高、充电端电极算法有限、效率相对较低等缺点 ~ [VOUT/VIN] × 100%)。另一方面，开关模式电池充电器也很受欢迎，因为它具有灵活的拓扑结构、多化学充电、高充电效率电压范围，开关模式电池充电器也很受欢迎。然而，开关充电器也存在一些缺点，包括：成本相对较高，基于电感的设计更复杂，可能产生噪声，解决方案尺寸较大。由于上述原因，高压线性电池充电器通常用于现代铅酸、无线电源、能量收集、太阳能充电、远程传感器和嵌入式汽车的应用。但现在有机会获得更现代的开关模式充电器，没有这些缺点。

简单的降压电池充电器

设计师在设计充电解决方案时会面临一些严峻的挑战，包括大量的输入源和大量的可用电池、高容量的充电电池和高输入电压。

输入源范围广泛且多变，但涉及到电池充电系统，更复杂的问题包括：电压范围为5 V至19 V大功率壁式适配器甚至更高，24 V整流AC系统、高阻抗太阳能电池板、汽车和重型卡车/Humvee电池。因此，在这些系统中使用的电池化学组合数量进一步增加，如锂基(锂离子、锂聚合物、磷酸铁锂)(LiFePO4)和铅酸基，使设计面临更复杂的局面。

由于IC设计的复杂性，现有的电池充电IC主要局限于降压型(或降压)或更复杂SEPIC拓扑。在这个组合中添加太阳能充电功能，会带来各种其他难题。最后，一些现有的解决方案是由各种电池化学组成的充电，一些采用板载终止方法。但到目前为止，还没有单一的IC充电器可以提供解决这些问题所需的所有性能特性。

新款功能多样的紧凑型充电器

能解决上述问题的降压型IC充电解决方案需要具备以下大部分特点：

? 宽输入电压范围

? 满足多个电池堆叠需求的宽输出电压范围

? 灵活性-可以充电各种电池化学物质

? 简单独立操作，具有板载充电终止功能算法(无微处理器)

? 高充电电流可快速为大型高容量电池充电

? 太阳能充电功能

? 采用先进的装，提高散热性能和空间效率

AD几年前开发出很受欢迎的产品LTC4000电池充电控制器IC(外部补偿dc-dc转换器结合使用，形成强大灵活的2芯片电池充电解决方案)，大大简化了现有非常复杂和麻烦的解决方案。为了实现PowerPath控制、升压/降压功能和输入电流限制的解决方案包括降压-升压dc-dc开关稳压器或降压开关稳压器充电器控制器(配合前端增压器)、微处理器和多个IC和分立组件。主要缺点包括:操作电压范围有限，无太阳能电池板输入功能，无法为所有电池化学成分充电，无板载充电终止功能。到目前为止，已经有一些更简单、更紧凑的单片解决方案来解决这些问题。AD公司提供的LTC4162和LTC4015降压电池充电器提供单芯片降压充电解决方案，支持各种充电电流等级和完整功能组。

LTC4162电池充电器

LTC4162是单片降压电池充电器的高度集成和高压多化学组成PowerPath管理器具有板载遥测功能和可选的最大功率点跟踪(MPPT)特性。锂离子/聚合物可以有效地传输各种输入源(如壁式适配器、背板和太阳能电池板)，LiFePO4或铅酸电池组充电，仍为系统负载提供高达35v的电力。该设备提供先进的系统监控和PowerPath电池状况监测的管理和管理。虽然使用LTC4162最先进的功能需要采用主机微控制器，仍可选择性地使用I2C端口。引脚绑定配置和编程电阻可调节本产品的主要充电功能。该设备提供±5%的充电电流调节(高达3.2 A)、±0.75%的充电电压调节支持4.5 V至35 V输入电压范围。适用于便携式医疗器械，USB电源传输(USB-C)设备、军事设备、工业手持设备、加固笔记本/平板电脑等。

图3.12 VIN、8 A双锂离子电池降压电池充电器电路。

需要更高的电流时该怎么办？

LTC4015也是一种高度集成的高压、多化学成分、同步降压电池充电器，提供板载遥测功能。但它采用了控制器架构和离线功率FET，可以达到更高的充电电流能力(高达20 A或更高，具体取决于所选外部组件)。该设备可通过输入源(壁式适配器、太阳能电池板等)向锂离子/聚合物转移。LiFePO4或铅酸电池高效供电。它提供了电池库仑计数和状态监测等先进的系统监测和管理功能。虽然使用LTC4015最先进的功能需要性地使用4015最先进的功能I2C端口。引脚绑定配置和编程电阻可调节本产品的主要充电功能。

LTC4015提供±2%的充电电流调节(高达20 A)、±1.25%的充电电压调节支持4.5 V至35 V输入电压范围。适用于便携式医疗器械、军事设备、电池备份应用、工业手持设备、工业照明、加固笔记本/平板电脑、远程动力通信和遥测系统。

LTC4015还包含一个精确的14位模数转换器(ADC)，高精度库仑计数器。ADC许多连续监测系统的参数，包括输入电压、输入电流、电池电压和电池电流，并根据命令报告电池温度和电池串联电阻(BSR)。通过监测这些参数，LTC4015年可报告电池的工作状态和充电状态。所有系统参数都可以通过双线使用I2C接口进行监控，可编程和可屏蔽的可以确保只有感兴趣的信息才会中断。LTC锂离子/聚合物4015板载充电配置，LiFePO优化了铅酸等电池化学成分。通过配置引脚，用户可以提前定义几种电池化学成分的充电算法，以及几种可以通过I2C选择调整参数的算法。可根据电池温度自动调节充电电压和充电流JEITA指南，或自定义设置要求。铅酸充电能效性能见图4。LTC4015采用5 mm × 7 mm QFN配有裸露金属焊盘，散热性能优异。

图4.LTC铅酸充电效率4015。

节省空间，灵活，功率水平更高

由于LTC4162是集成功率MOSFET在相同的功率等级下(例如，3 A)，它比LTC4015节省多达50%的PCB面积。当输出电流范围为>3.2 A到20 A，或高于此范围时，应使用LTC4015。业内同类IC电池充电器解决方案不能提供相同的集成水平或相同的功率水平。接近充电电流(2) A到3 A)电池解决方案仅适用于单电池化学成分(锂离子)，或电池充电电压有限(最大13 V)，所以不能提供和LTC4162或LTC同等功率水平或灵活性的4015。此外，当您考虑实现最近竞争单片式电池充电器解决方案所需的外部组件数量时，LTC4162可节省40%PCB因此，空间更具吸引力。

大阳能充电

最大功率点(MPP)操作太阳能电池板的方法有很多。最简单的方法之一是通过二极管将电池连接到太阳能电池板上。该技术依赖于将电池板的最大输出电压与电池相对狭窄的电压范围相匹配。当可用功率很低(约几十毫瓦)时，这可能是最好的方法。然而，功率水平并不总是很低。因此，LTC4162和LTC4015采用了MPPT太阳能电池板的最大功率电压可太阳能电池板的最大功率电压(MPV)。当电路板电流在20年或更长的动态时间范围内发生变化时，电压可以从12开始 V急剧变化到18 V。MPPT找到并跟踪面板电压值，为电池提供最大充电电流。MPPT功能不仅可以连续跟踪最大功率点，还可以在功率曲线上选择正确的最大功率点，从而增加电路板在部分遮阳条件下获得的功率。在弱光状态下，即使没有足够的光让MPPT正常工作，低功率模AD官方代理充电器还可以提供小充电电流。

结论

AD全新的电池充电和强大的公司功能齐全PowerPath集成电路成电路LTC4162和LTC简化了复杂的高压和高电流充电系统。这些设备可以有效地管理输入源（如壁式适配器、背板、太阳能电池板等）和各种电池化学成分（包括锂离子/聚合物）LiFePO4和SLA)之间的电源分配。其简单的解决方案和紧凑的外观使它们能够在前沿应用程序中实现高性能，而过去只基于更复杂、更古老的开关调节器（如SEPIC)是唯一的选择。在设计电池充电器电路的设计可以极大地简化设计师的工作。

作者简介

Steve Knoth [steve.knoth@analog.com]是AD公司Power by Linear该部门的高级产品营销工程师。他负责集成电路的所有电源管理(PMIC)产品，低压差(LDO)稳压器，电池充电发光二极管驱动器、超级电容器充电器、低压单片开关稳压器和基于电荷泵的理想二极管设备。Steve从1990年起在Micro Power Systems、AD公司和Micrel Semiconductor2004年担任多种营销和产品工程职务后，加入AD公司(以前的凌利尔特公司)。1988年获得圣何塞州立大学电气工程学士学位，1995年获得物理学硕士学位。2000年，Steve还获得了凤凰城大学技术管理硕士学位(MBA)。除了和孩子们一起享受美好的时光，Steve还喜欢玩弹球/街机游戏或肌肉车，以及购买、销售和收集古董玩具和电影/体育/汽车纪念品。

Steve Knoth