55V 高效率降压-升压型电源管理器和多化学组成 电池充电器 设计要点 531 Charlie Zhao 引言 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)。LTC®4020 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) 、LT、LTC、LTM、Linear Technology 和 Linear 标识是凌力尔特公司的注 册商标。PowerPath 是凌力尔特公司的商标。所有其他商标均为其各自拥有者 的产权。 图 1：15V 至 55V 输入、25.2V/6.3A 降压-升压型电池充电器 11/14/531 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。 PowerPath FET ( 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 PowerPath FET 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 PowerPath FET 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。 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 PowerPath FET 实现即时接通和理想 二极管功能 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 的 VIN_REG 引脚负责提供输入电压调节。该 引脚可用于设置一块太阳能电池板的峰值电源电压， 或为其他的高阻抗输入电源保持一个最小电压。 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 5mm x 7mm QFN 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。 对于一个严重放电的电池，LTC4020 能够自动地将 產品手冊下載 如要获得更多资料或技术支持，请与我们或 当地分销商联系，也可浏览我们的网址： www.linear.com.cn 或电邮到 [email protected] www.linear.com.cn/LTC4020 凌力爾特 Linear Technology www.linear.com.cn 艾睿電子 Arrow Electronics www.arrow.com 科通集团 Comtech Group www.comtech.com.cn 駿龍科技 Cytech Technology www.cytech.com 香港电话：(852) 2428-0303 深圳电话：(86) 755-2360-4866 上海电话：(86) 21-6375-9478 北京电话：(86) 10-6801-1080 香港电话：(852) 2484-2484 深圳电话：(86) 755-8836-7918 上海电话：(86) 21-2215-2000 北京电话：(86) 10-5606-4000 香港电话：(852) 2730-1054 深圳电话：(86) 755-2698-8221 上海电话：(86) 21-5169-6680 北京电话：(86) 10-5172-6678 香港电话：(852) 2375-8866 深圳电话：(86) 755-2693-5811 上海电话：(86) 21-6440-1373 北京电话：(86) 10-8260-7990 dn531f 1114 146.2K • PRINTED IN CHINA LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2014