用于備用電源的最常見電源是電池。在備用電源系統(tǒng)中,通過持續(xù)監(jiān)控電池的健康狀況和充電狀態(tài),了解電池是否隨時(shí)準(zhǔn)備就緒且可靠非常重要。智能電池是目前可以滿足這些要求的最佳行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。
智能電池系統(tǒng)(SBS)的兩個(gè)重要特點(diǎn)是它們與電池化學(xué)成分無關(guān),并提供內(nèi)置的電量計(jì)。由于充電系統(tǒng)不再承擔(dān)充電監(jiān)控和應(yīng)用特定化學(xué)充電算法的負(fù)擔(dān),因此充電器本身可以是真正的通用,接受任何智能電池,無論類型或容量如何。主機(jī)系統(tǒng)只需提供智能電池充電器即可保證健康的電池保持充滿電狀態(tài)并檢測(cè)到損壞的電池。
這無疑簡(jiǎn)化了充電器設(shè)計(jì)。同一充電器無需修改即可在各種產(chǎn)品中使用。它還簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)和工廠升級(jí)到不同的化學(xué)品或更高的容量。
LTC?4100 智能電池充電器主要針對(duì)高功耗便攜式產(chǎn)品(如筆記本電腦)中的大電池配置。許多新產(chǎn)品不需要 LTC4100 的高電壓能力,但仍需要 SBS 系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。LTC?4101 是 LTC4100 智能電池充電器的一個(gè)特殊版本,其經(jīng)過優(yōu)化以在低于 5.5V 的電池電壓下工作,同時(shí)保留了 LTC4100 節(jié)省空間的優(yōu)勢(shì)。
LTC?4101 智能電池充電器
LTC?4101 是一款緊湊型智能電池充電器,專為低于 5.5V 的電池電壓而優(yōu)化。它通過減小外部元件的尺寸來縮小整體電路尺寸。例如,它利用了緊湊型陶瓷電容器節(jié)省空間的功能,同時(shí)避免了任何可聞的噪音。它還工作在 300kHz 的高開關(guān)頻率,因而允許使用非常小、低成本的電感器。電感值可在 4A 和 4.7V 輸入時(shí)低至 5μH。
圖1.具有 2A 輸入電流限制和 1A 充電功率的充電器。
LTC?4101 是一款符合智能電池充電器 V2.1 和 SMBus V1.1 標(biāo)準(zhǔn)的 1 級(jí) (從屬) 智能電池充電器。輸入電壓范圍為 6V 至 28V,而輸出電壓范圍為 3V 至 5.5V。電流精度分別為10%和11.5%的0位電流DAC和8位電壓DAC提供精密充電能力。頂部 P 溝道 MOSFET 可實(shí)現(xiàn) 98% 的最大占空比,從而顯著減少器件總數(shù)和 IC 引腳數(shù),同時(shí)保持超過 95% 的效率(參見圖 2)。
圖2.單節(jié)鋰離子電池電壓下的效率。
LTC4101 還提供了許多獨(dú)特的功能,包括一個(gè)電流限制和電壓限制系統(tǒng),該系統(tǒng)可防止 SMBus 數(shù)據(jù)損壞錯(cuò)誤產(chǎn)生有害的充電值。獲得專利的SMBus加速器1提高高電容走線中的數(shù)據(jù)速率,同時(shí)防止總線噪聲損壞數(shù)據(jù)(見圖3)。
圖3.內(nèi)置 SMBus 加速器可提高上升時(shí)間性能和噪聲容限。
圖1所示為典型的緊湊型單電池充電器。該電路可為電池充電高達(dá)1A,并連續(xù)開關(guān)至零負(fù)載電流。LTC4101 能夠提供高達(dá) 4A 的充電電流。其他功能包括:
交流電信號(hào)具有精度為 3% 的用戶可調(diào)跳變點(diǎn)
一種安全信號(hào)電路,可抑制由于突然出現(xiàn)高充電電流引起的接地反彈而導(dǎo)致的誤熱敏電阻跳閘
直流輸入 FET 二極管電路,可防止電池電流倒流到墻上適配器或直流電源
超快過壓比較器電路,可在充電過程中電池突然取出或斷開時(shí)防止電壓過沖。
VLIM 和 ILIM 設(shè)置,用于保護(hù)電池免受 SMBus 通信中出現(xiàn)數(shù)據(jù)損壞錯(cuò)誤時(shí)可能發(fā)生的過電壓或電流情況的影響。
輸入限流檢測(cè)電路2用于限制充電電流,以防止墻上適配器在系統(tǒng)功率增加時(shí)過載。
陶瓷電容器減小尺寸并提高可靠性
近年來最大的節(jié)省空間的變化之一是使用高電容和電壓(高C / V)陶瓷電容器。在開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)用中,陶瓷的低ESR允許它們處理每微法拉相對(duì)較大的紋波電流,同時(shí)保持相對(duì)便宜的價(jià)格。電池充電器可以獲得同樣的好處,只要它們的反饋回路在陶瓷電容器下保持穩(wěn)定。
陶瓷有其獨(dú)特的挑戰(zhàn),例如壓電特性,如果存在具有可聽頻率的交流電流,則會(huì)導(dǎo)致可聽噪聲。這種頻率可能發(fā)生在電池充電器的兩個(gè)極端負(fù)載下:低壓差和輕負(fù)載。
電池充電器的墻上適配器電壓通常僅比峰值電池電壓高幾伏。根據(jù)設(shè)計(jì),當(dāng)充電器接近 100% 占空比時(shí),開關(guān)頻率在到達(dá)直流的途中會(huì)通過可聽范圍?;蛘?,充電電流低于PWM控制器維持穩(wěn)壓能力的情況可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)周期不連續(xù)或周期跳躍。周期跳躍開關(guān)周期可能發(fā)生在可聽范圍內(nèi)。這通常發(fā)生在電池在充電過程中暫時(shí)斷開自身以評(píng)估終止條件,從而迫使充電電流為零時(shí)。陶瓷電容器將周期跳躍或低壓差開關(guān)活動(dòng)轉(zhuǎn)換為可聞噪聲。LTC4101 通過在所有負(fù)載 (甚至 0A) 下連續(xù)切換來避免此問題。
高開關(guān)頻率使電感器保持較小
充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要降低電感值,以利用更小尺寸的組件。問題在于,給定開關(guān)頻率下的電感越小,電感紋波電流就越大,從而增加了輸出電容的尺寸。但是,如果開關(guān)頻率與電感的降低成正比,則輸出電容可以保持不變。LTC4101 在 300kHz 的開關(guān)頻率下工作,因而允許使用纖巧、扁平的電感器。
結(jié)論
LTC?4101 智能電池保留了與 LTC4100 相同的緊湊外形尺寸優(yōu)勢(shì),同時(shí)針對(duì)需要備用電池的緊湊型產(chǎn)品中可以找到的低電壓電池組進(jìn)行了優(yōu)化。
審核編輯:郭婷
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