USB電源控制器/充電器可縮短設計時間和電池充電時間

LTC4055 的 PowerPath 的簡化框圖如圖 4 所示。它由一個內(nèi)部電流受限的 200mΩ 電源開關組成，該開關從 LTC4055 的輸入端至輸出端。LTC4055 內(nèi)有兩個電池充電器路徑。第一個是從輸入到電池的輸入充電器，用于USB充電。另一個電池充電器路徑是從輸出到電池的輸出充電器，用于在檢測到外部適配器時為電池充電。

圖4.PowerPath 控件的簡化框圖。

內(nèi)部理想二極管功能可防止負載電壓大于電池電壓時從負載反向傳導到電池。如果負載電流超過USB限值或電池是唯一的電源，則相同的理想二極管功能可提供從電池到負載的低正向壓降（典型值為55mV，100mA）。理想二極管與肖特基二極管的正向特性如圖5所示。

圖5.理想二極管和肖特基二極管正向電壓與電流的關系。

LTC4055 內(nèi)部提供了一個墻上適配器比較器，以檢測是否存在一個備用外部電源。當檢測到墻上適配器時，比較器使能輸出電池充電器，并禁用從輸入到輸出的電源路徑和輸入電池充電器。當存在墻上適配器時，該比較器對于防止從 LTC4055 的輸出反向傳導到輸入或 USB 非常重要。圖4顯示了使用肖特基電源將墻上適配器連接到輸出的過程。墻上適配器比較器的輸出還驅(qū)動一個漏極開路狀態(tài)引腳（ACPR）。該狀態(tài)引腳可用于使能一個外部功率 PMOS FET，以建立從墻上適配器到LTC4055 輸出的低阻抗連接，如圖 6 所示。

圖6.USB 電源控制和電池充電器應用，帶有壁式適配器輸入，配置為在適配器存在時以 800mA 為電池充電。

可編程性

輸入電流限制和電池充電電流均可獨立編程。這允許根據(jù)應用定制電流限制和充電電流。一個外部編程電阻 （RCLPROG） 設置 200mΩ 開關的電流限值。電池充電器的恒流模式電流由外部編程電阻器（RPROG）也是如此。限流編程電阻還設置輸入充電器允許的最大電池充電電流，并且不影響輸出充電器電流。這允許輸出充電器在外部適配器可用時設置為大于電流限制。

圖3顯示了輸入和電池電流與負載電流的函數(shù)關系。通過將電流限制編程電阻設置為500k，將充電電流編程電阻設置為100k或更小，將輸入電流限制設置為100mA。圖7顯示了電池編程為小于500mA的情況的輸入和電池充電電流。在這種情況下，通過將充電電流編程電阻設置為250k，電池充電電流被設置為200mA。

圖7.輸入和電池電流與高功率模式下負載電流的函數(shù)關系，電流限制設置為500mA，充電電流設置為250mA （R中歐普羅格= 100k， R進度= 200k）。

USB兼容性

USB 規(guī)范提供兩種電源模式：高功率 （500mA） 和低功耗 （100mA）。LTC4055 上的 HPWR 引腳選擇電源模式。LTC4055 的電流限制應針對高功率模式進行配置，LTC4055 上的功率模式控制引腳 （HPWR） 控制電流限制是針對高功率還是低功率進行設置。在低功耗模式下工作時（見圖8），電流限值設置為編程高功率電流限值的20%，最大充電電流設置為編程電流限值的16%。請注意，電流限制僅適用于來自 LTC4055 輸入端的電流。輸出充電器以編程的充電電流充電。

圖8.輸入和電池電流與低功耗模式下負載電流的函數(shù)關系，R中歐普羅格= 100k 和 R進度= 100k，電流限值為100mA，充電電流為80mA。

USB 電源規(guī)范規(guī)定，高功率應用必須在低至 4.5V 的電壓下工作，低功耗應用必須在低至 4.35V 的電壓下工作。這些電壓包括接口電纜和連接器中的電阻壓降。這假設電纜和連接器完全符合 USB 標準。在電阻壓降超過USB規(guī)格預期的情形下，LTC4055 具有一種獨特的功能，使其能夠在這些條件下正常工作。欠壓充電電流限制功能可在輸入端電壓降至約4.4V以下時降低充電電流。這可以防止輸入下降太遠并關閉充電器。電流突然關閉會導致電壓再次上升，重新啟用充電器。然后電壓下降，循環(huán)重復。欠壓充電電流限制功能通過調(diào)節(jié)充電電流來防止這種壓差振蕩，以保持約4.35V的恒定最小輸入電壓。

低功耗總線電流的 USB 規(guī)格是器件在掛起狀態(tài)下的電流為 500μA。LTC4055 專為允許應用遵守此規(guī)格而設計。LTC4055 中集成了一個掛起模式引腳，該引腳可將總線電流減小至大約 100μA。這是通過關閉輸入充電和負載的輸入電源路徑來實現(xiàn)的。如果在此模式下沒有一個外部電源可用，則通過 LTC4055 的理想二極管功能從電池獲取電源，應用將保持活動狀態(tài)。

熱調(diào)節(jié)

LTC4055 內(nèi)部的熱充電電流調(diào)節(jié)可保護器件和周圍電路免受過熱的影響，并允許用戶突破給定電路板的功率處理能力極限，而不會有損壞 LTC4055 的風險。如果管芯溫度試圖升至約105°C的預設值以上，內(nèi)部熱調(diào)節(jié)會降低編程充電電流。 LTC4055 熱調(diào)節(jié)的另一個優(yōu)點是，對于給定應用，充電電流可以根據(jù)典型（而非最壞情況）環(huán)境溫度進行設置，同時確保充電器在最壞情況下將自動減小電流。熱調(diào)節(jié)簡化了設計，最大限度地提高了充電電流并防止過熱。

結論

LTC?4055 是一款完整的 PowerPath 控制器和鋰離子電池充電器，適用于便攜式 USB 應用。LTC4055 專為從 USB 提供器件電源和鋰離子電池充電而設計，同時保持 USB 規(guī)范規(guī)定的電流限值。這是通過在輸出/負載電流增加時降低電池充電電流來實現(xiàn)的?？捎每偩€電流最大化，以最小化電池充電時間。

LTC4055 的多功能性、簡單性、高集成度和小尺寸使其成為許多便攜式 USB 應用的理想選擇。LTC4055 采用小型 16 引腳扁平 4mm × 4mm QFN 封裝。

審核編輯：郭婷