帶高壓2A蝙蝠軌道降壓穩(wěn)壓器的USB電源管理器

個(gè)人導(dǎo)航設(shè)備、基于 HDD 的媒體播放器、汽車配件和其他手持產(chǎn)品利用一系列電源為電池充電。這些電源包括USB（標(biāo)稱5V）、低壓墻上適配器（4.5-5.5V）、高壓墻上適配器（12V-24V）、FireWire（8V-33V）和汽車電池（標(biāo)稱12V）。大量可用電源導(dǎo)致對(duì)手持設(shè)備的需求不斷增加，這些設(shè)備可以接受廣泛的多輸入電壓，而無(wú)需無(wú)數(shù)的外部電源適配器。

LTC4090 通過集成一個(gè)高電壓 2A 開關(guān)降壓型穩(wěn)壓器、一個(gè) USB 輸入、一個(gè) PowerPath 而設(shè)計(jì)，以適應(yīng) USB 和高電壓源?控制器和線性電池充電器采用緊湊、耐熱性能增強(qiáng)的 3mm × 6mm 封裝。圖 1 顯示了適合小于 3cm 的完整解決方案2所有組件都位于PCB的一側(cè)（圖2）。

圖1.鋰離子電池充電器接受USB和高壓輸入。

圖2.一個(gè)完整的基于 LTC4090 的 USB 電源管理器，具有一個(gè) 2A 高電壓降壓型穩(wěn)壓器，適合 3cm2.

完整的電源路徑控制器

LTC?4090 是一款完整的 PowerPath 控制器，適用于電池供電型應(yīng)用。它設(shè)計(jì)用于從 USB 輸入（或 5V 墻上適配器）、高壓電源和單節(jié)鋰離子電池接收電源。PowerPath 控制器分配可用電源，OUT 引腳上的負(fù)載優(yōu)先，任何剩余電流用于為鋰離子電池充電。高壓輸入優(yōu)先于USB輸入（即，如果HVIN和IN都連接到電源，則負(fù)載電流和充電電流由HVIN輸入提供）。圖 3 顯示了 PowerPath 操作的簡(jiǎn)化框圖。

圖3.LTC4090 PowerPath 操作的簡(jiǎn)化框圖。

USB 輸入電流限制

具有有限電流能力的電源（如USB）應(yīng)連接到具有可編程電流限制的IN引腳。從CLPROG引腳到接地，使用單個(gè)外部電阻器RCLPROG對(duì)輸入電流限制進(jìn)行編程。在圖1中，2.1k? 已選擇CLPROG電阻器將輸入電流限制編程為高功率模式下476mA（當(dāng)HPWR引腳被拉高時(shí)）或低功率模式下95mA（當(dāng)高壓駐波比引腳被拉低時(shí)）。這樣可以確保應(yīng)用程序符合USB規(guī)范。蓄電池充電電流和負(fù)載電流之和（優(yōu)先）不會(huì)超過編程設(shè)定的輸入電流限制。

從BAT到輸出的理想二極管

當(dāng)負(fù)載電流超過編程的輸入電流限值或電池是唯一可用的電源時(shí)，理想二極管功能通過BAT和OUT引腳之間的理想二極管電路自動(dòng)向負(fù)載供電。通過理想二極管為負(fù)載供電，而不是將負(fù)載直接連接到電池，使充滿電的電池保持完全充電狀態(tài)，直到外部電源斷開。LTC4090 具有一個(gè) 215mΩ 內(nèi)部理想二極管以及一個(gè)用于一個(gè)任選外部理想二極管的控制器。在圖1中，外部P溝道MOSFET Q2從BAT到OUT所示，用于進(jìn)一步提高理想二極管的電導(dǎo)。

高壓降壓穩(wěn)壓器

LTC4090 具有一個(gè) 6V 至 36V 的工作輸入電壓范圍，并能承受高達(dá) 60V 的電壓瞬變。降壓轉(zhuǎn)換器輸出 HVOUT 在電池充電器兩端從 OUT 到 BAT 之間保持約 300mV 的電壓，以便使用線性充電器對(duì)電池進(jìn)行高效充電。最小值 V赫沃特為3.6V，以確保即使電池過度放電，系統(tǒng)也能運(yùn)行。如圖1所示，HVOUT和OUT之間的外部PFET（Q1）由HVPR引腳控制，并允許OUT為負(fù)載供電并為電池充電。降壓轉(zhuǎn)換器能夠提供高達(dá) 2A 的輸出電流。

電池充電器特點(diǎn)

LTC?4090 電池充電器采用一種獨(dú)特的恒定電流、恒定電壓、恒定溫度充電算法，具有高達(dá) 1.5A 的可編程充電電流和一個(gè) 4.2V ±0.8%） 的最終浮動(dòng)電壓。最大充電電流由單個(gè)外部電阻器 R 設(shè)置。進(jìn)度，從 PROG 引腳到地。在圖 1 中，一個(gè) 71.5k PROG 電阻將最大充電電流設(shè)置為700mA。但是，在僅存在USB輸入的情況下，充電電流會(huì)降低，以確保不超過編程的輸入電流限制。對(duì)于圖1中的電路，當(dāng)只有一個(gè)USB輸入時(shí)，實(shí)際最大充電電流降至476mA。

在典型操作中，充電周期以恒流模式開始。CHRG 引腳上的強(qiáng)下拉表示電池正在充電。在恒流模式下，充電電流由R設(shè)定進(jìn)度.當(dāng)電池接近4.2V的最終浮動(dòng)電壓時(shí)，隨著電池充電器切換到恒壓模式，充電電流開始減小。當(dāng)充電電流降至滿量程充電電流的10%（通常稱為C/10點(diǎn)）時(shí)，漏極開路充電狀態(tài)引腳CHRG處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。TIMER 引腳上的一個(gè)外部電容器設(shè)置總的最小充電時(shí)間。在圖1中，TIMER引腳上的0.1μF電容提供2.145小時(shí)的最小充電時(shí)間。當(dāng)這段時(shí)間過去時(shí)，充電周期終止，CHRG引腳將進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)（如果尚未這樣做）。

充電時(shí)間自動(dòng)延長(zhǎng)

LTC4090 具有一種特性，如果在充電周期期間恒定電流模式下的充電電流減小，則會(huì)自動(dòng)延長(zhǎng)充電時(shí)間。降低可能是由于熱調(diào)節(jié)或需要保持編程的輸入電流限值。充電時(shí)間的延長(zhǎng)與輸送到電池的實(shí)際充電電流成反比。當(dāng) LTC4090 接近恒定電壓模式時(shí)，充電電流的減小是由于正常的充電操作，并且不會(huì)影響定時(shí)器持續(xù)時(shí)間。

涓流充電和電池缺陷檢測(cè)

在充電周期開始時(shí)，如果電池電壓低于2.9V，充電器將進(jìn)入涓流充電，將充電電流降低到滿量程電流的10%。如果低電池電壓持續(xù)編程總充電時(shí)間的四分之一，則假定電池有缺陷，充電周期終止，CHRG引腳輸出處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。如果由于任何原因電池電壓上升到~2.9V以上，則重新啟動(dòng)充電周期。

結(jié)論

LTC4090 在纖巧型 3mm × DFN 封裝中集成了一個(gè)高電壓開關(guān)降壓型穩(wěn)壓器、一個(gè)全功能鋰離子電池充電器和一個(gè) PowerPath 控制器。其寬輸入電壓范圍、高可編程充電電流和小尺寸。

審核編輯：郭婷