如何选择一款功能强大、宽输入范围的电池充电器?

2020-04-01      1504 次浏览

如今,人们期望电池充电器能够容易地支持多种化学组成并接受众多的电压输入,包括广泛的太阳能电池板。输入电压范围覆盖到输出电池电压以上和以下的情况越来越常见,因而需要其兼具降压和升压能力(降压-升压拓扑)。


如今,人们期望电池充电器能够容易地支持多种化学组成并接受众多的电压输入,包括广泛的太阳能电池板。输入电压范围覆盖到输出电池电压以上和以下的情况越来越常见,因而需要其兼具降压和升压能力(降压-升压拓扑)。LTC4020降压-升压型电源管理器和多化学组成电池充电控制器能接受4.5V至55V的宽范围输入,并产生高达55V的输出电压。其降压-升压型DC/DC控制器可向电池和系统提供高于、低于或等于器件输入的电压。


充电器可容易地针对多种电池化学组成进行优化。例如:其可遵循一种恒定电流/恒定电压(CV/CC)充电算法,采用C/10或定时终止(针对基于镍的电池系统);一种采用定时终止的恒定电流(CC)特性;或者一种优化的4步、3级铅酸电池充电模式。


用于25.2V电池浮动电压的6.3A充电器


图1示出了一个15V至55V输入、25.2V/6.3A降压-升压电池充电器,其具有一个高效率四开关(M2~M5)同步降压-升压型DC/DC转换器,仅需一个电感器(L1)。专有的平均电流模式架构采用两个检测电阻器(RCBRT1和RCBRB1)来监视电感器电流。在该降压-升压型解决方案中,当VIN高于VOUT时,转换器在降压模式工作;当VIN低于VOUT时,转换器则工作在升压模式。当VIN接近VOUT时,转换器工作于四开关降压-升压模式。


Imageremoved.图1:15V至55V输入、25.2V/6.3A降压-升压型电池充电器


图2:针对图1转换器的效率与负载电流IOUT之关系曲线(VOUT=25.2V)


转换器以一个可编程的恒定开关频率运作,该频率处于50kHz至500kHz的范围内,采用一个电阻来设定(R13=100k,250kHz)。图1示出的这款解决方案能够为系统负载提供高达8A(VOUT=25.2V)。如图2所示,满负载效率(IOUT=8A,VIN=24V)可达98%以上。


LTC4020采用一个从BAT引脚引出的外部反馈电阻分压器以通过VFB引脚来设置电池电压。PowerPath(电源通路)FET(M1)在正常电池充电期间处于导通状态,可能的情况下会在电池与降压-升压型转换器输出之间形成一种低阻抗连接。电池充电电流通过一个检测电阻(RCBAT1)来监视。最大平均电池充电电流可容易地通过选择RCBAT1的阻值来设置。动态电流限值调整可以通过RNG/SS引脚实现。


利用PowerPathFET实现即时接通和理想二极管功能


对于一个严重放电的电池,LTC4020能够自动地将PowerPathFET(图1中的M1)配置为一个线性稳压器,从而允许降压-升压型转换器输出升至高于电池电压,同时仍然向电池提供充电电流。该功能被称为PowerPath即时接通,此时PowerPathFET充当一个高阻抗电流源,负责为电池提供充电电流。


当电池充电器不处于充电周期时(即是降压-升压型转换器专为系统负载而运作),LTC4020自动地把PowerPathFET配置为一个理想二极管。这允许电池在正常操作期间与转换器输出保持断接。然而,假如系统负载电流超过了降压-升压型转换器的供电能力,则可通过该理想二极管有效地从电池抽取额外的功率。


其他特点


LTC4020支持基于定时器的充电算法,一个连接在TIMER引脚和地之间的电容器负责设置充电周期的完结。


LTC4020具有电池温度监视和控制功能。通过把一个NTC(负温度系数)热敏电阻连接至NTC引脚,并将该热敏电阻布设在电池组(或其他需要的监视位置)之附近,如果NTC引脚电压超出范围(高于1.35V或低于0.3V),则LTC4020将触发一个NTC故障并停止电池充电。


LTC4020具有两个集电极开路输出(STAT1和STAT2),用以报告充电器状态和故障状况,这两个引脚进行了二进制编码。


结论


LTC4020是一款通用的高电压、高效率降压-升压型电源管理器和多化学组成电池充电器,支持输入电压高于、低于或等于输出向电池或系统供电。其扁平的(仅高0.75mm)耐热性能增强型38引脚5mmx7mmQFN封装适合于便携式工业和医疗设备、太阳能供电型系统、军用通信设备、以及12V至24V嵌入式汽车系统。


(来源:亚德诺半导体)

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