簡單的解決方案 - 能收集能量并保護(hù)電池組的并聯(lián)充電器系統(tǒng)

　　滿足前述電池充電器 IC 設(shè)計(jì)限制的任何解決方案都必須兼有如下特性：并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性;能用低功率連續(xù)或斷續(xù)性電源充電的電池充電 IC 的特性。這樣的器件還需要保護(hù)鋰離子/聚合物電池、幣形電池、薄膜電池或電池組的安全，并使電池或電池組達(dá)到最高性能。

　　凌力爾特開發(fā)了業(yè)界第一款并聯(lián)架構(gòu)電池充電器 LTC4070 和 LTC4071，以滿足這類應(yīng)用的需求。LTC4070 是一款易用、纖巧的并聯(lián)電池充電器系統(tǒng) IC，適用于鋰離子 / 聚合物電池、幣形電池或薄膜電池。該 IC 的工作電流為 450nA，可保護(hù)電池，并可用以前不能使用的非常小電流的斷續(xù)性或連續(xù)性充電電源給這些電池充電。增加一個(gè)外部 PMOS 并聯(lián)器件，LTC4070 的充電電流就可以從 50mA 提高到 500mA。當(dāng)電池溫度升高時(shí)，內(nèi)部電池?zé)崃坎轵?yàn)器降低浮置電壓，以保護(hù)鋰離子 / 聚合物電池的安全。通過串聯(lián)配置幾個(gè) LTC4070，可以給由多節(jié)電池組成的電池組充電，并實(shí)現(xiàn)各節(jié)電池的容量平衡。LTC4070 采用扁平 (0.75mm) 8 引線 2mm x 3mm DFN 封裝，僅用單個(gè)外部電阻器 (要求與輸入電壓串聯(lián)) 就能組成一個(gè)完整和超緊湊的充電器解決方案。該器件的功能集使其非常適用于連續(xù)性和斷續(xù)性低功率充電電源應(yīng)用，包括鋰離子 / 聚合物電池備份、薄膜電池、幣形電池、存儲器備份、太陽能供電系統(tǒng)、嵌入式汽車和能量收集。

　　LTC4070提供引腳可選的 4.0V、4.1V 和 4.2V 設(shè)置，其準(zhǔn)確度為 1% 的電池浮置電壓允許用戶在電池能量密度和壽命之間進(jìn)行取舍。獨(dú)立的低電池電量和高電池電量監(jiān)察狀態(tài)輸出指示放電或完全充電的電池。再加上一個(gè)與負(fù)載串聯(lián)的外部 P-FET，該低電池電量狀態(tài)輸出可實(shí)現(xiàn)鎖斷功能，該功能自動(dòng)斷接系統(tǒng)負(fù)載和電池，以防止電池深度放電。

　　除了緊湊的 2mm x 3mm 8 引線 DFN 封裝，LTC4070 還采用 8 引線 MSOP。這些器件規(guī)定在 -40?C 至 125?C 的溫度范圍內(nèi)工作。

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　　圖 1：LTC4070 的典型應(yīng)用電路

　　通過防止電池電壓超過設(shè)定水平，LTC4070 提供了一個(gè)簡單、可靠、高性能的電池保護(hù)和充電解決方案。其并聯(lián)架構(gòu)在輸入電源和電池之間僅需要一個(gè)電阻器，就可應(yīng)對多種電池應(yīng)用。當(dāng)輸入電源去掉，且電池電壓低于高的電池輸出門限時(shí)，LTC4070 僅從電池吸取 450nA 電流。

　　當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的浮置電壓時(shí)，充電速率由輸入電壓、電池電壓和輸入電阻器決定：

　　ICHG = (VIN ? VBAT) / RIN

　　當(dāng)電池電壓接近浮置電壓時(shí)，LTC4070 從電池分走一部分電流，從而降低了充電電流。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)變化浮置電壓的準(zhǔn)確度為 ±1% 時(shí)，LTC4070 可以分走高達(dá) 50mA 的電流。分流限制了最大充電電流，不過通過增加一個(gè)外部 P 溝道 MOSFET，50mA 的內(nèi)部分流能力還可以提高，參見圖 1。

　　在內(nèi)部，LTC4070 采用了一個(gè)由放大器 EA (參見圖 2) 驅(qū)動(dòng)的 P 溝道 MOSFET。VCC 和 GND 之間的電壓達(dá)到 VF (即并聯(lián)電壓) 之前，流經(jīng)該器件的電流為零。VF 可以由 ADJ 和 NTC 改變，但始終在 3.8V 到 4.2V 之間。如果 VCC 電壓低于這個(gè)值，那么 PFET 中的電流為零。如果 VCC電壓試圖上升到超過 VF，那么電流將流過該器件，以防止電壓上升，這就是分流。

　　工作電流是給該芯片中其余所有電路供電所需的電流。如果不存在外部電源，那么這就是從電池吸取的電流。

　　當(dāng)電池電壓低時(shí)，更多的電壓加在輸入電阻器兩端，因此進(jìn)入電池的電流 (即充電電流) 略大于電池完全充電時(shí)的電流。當(dāng)電池充滿電時(shí)，將沒有電流進(jìn)入電池，所有的輸入電流都將進(jìn)入分流器。

　　工作電流很重要，因?yàn)樗o“實(shí)際”輸入電源的電流能力設(shè)定了一個(gè)低限制。顯然，一個(gè)僅有 100nA驅(qū)動(dòng)能力的輸入電源不可能給采用 LTC4070 的電池充電。不過，如果有 1uA 的驅(qū)動(dòng)能力，就能剩下少量電流去充電。如果能得到 10uA 的驅(qū)動(dòng)能力，那么該電流 90% 以上都可用于充電。

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　　圖 2：LTC4070 方框圖

　　NTC 電池查驗(yàn)電路保護(hù)電池

　　LTC4070 用一個(gè)通過熱量耦合到電池的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻測量電池溫度。NTC 熱敏電阻的溫度特性在電阻-溫度轉(zhuǎn)換表中規(guī)定。在溫度高于 40°C 以后，每上升 10°C，內(nèi)部 NTC 電路就降低一次浮置電壓，以防止電池過熱 (參見圖 3 以了解詳細(xì)信息)。

　　LTC4070 采用一個(gè)電阻值之比來測量電池溫度。LTC4070 在 NTCBIAS 與 GND 引腳之間布設(shè)了一個(gè)具 4 個(gè)抽頭的內(nèi)部固定電阻分壓器。定期地將這些抽頭上的電壓與 NTC 引腳上的電壓進(jìn)行比較，以測量電池溫度。為了節(jié)省功率，通過以大約每 1.5s 一次的頻度把 NTCBIAS 引腳偏置至 VCC 來定期測量電池溫度。

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　　圖 3： LTC4070 過熱浮置電壓查驗(yàn)