完整的單IC電源管理電池維護/備份系統(tǒng)，適用于48V電源

電子設(shè)備的一個常見趨勢是提高便攜性;僅僅因為有人“拔掉插頭”而關(guān)閉設(shè)備不再普遍接受。為了實現(xiàn)便攜式功能，設(shè)備必須包括先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以控制從可用電源到適當(dāng)系統(tǒng)輸出的電源路徑，保持備用元件充電并準(zhǔn)備就緒，并確保系統(tǒng)始終具有足夠的電源。

優(yōu)雅的單IC電源管理解決方案隨時可用于許多便攜式設(shè)備，例如智能手機或平板電腦，這些設(shè)備可在低電壓和低功耗水平下工作。用于高功率和高壓系統(tǒng)的電源管理解決方案，例如許多工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備所需的電源管理解決方案，通常需要繁瑣而復(fù)雜的專用分立元件解決方案。LTC4020 通過將高級電源管理功能集成到一個高電壓和高功率單 IC 解決方案中，簡化了這些環(huán)境中的電源管理。

LTC4020 具有一個先進(jìn)的 4 開關(guān)降壓 / 升壓型 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器，支持優(yōu)化電池充電，以及凌力爾特專有的 PowerPath?系統(tǒng)/電池電源管理功能。LTC4020 負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)輸入電源、備用電池和轉(zhuǎn)換器輸出之間的功率分配，以響應(yīng)負(fù)載變化、電池充電要求和輸入功率限制。

單電感 DC/DC 降壓/升壓控制器可接受高達(dá) 55V 的輸入電壓，并產(chǎn)生低于、高于或等于輸入電壓的電壓。板載電池充電器可以配置為提供針對鋰基電池優(yōu)化的恒流/恒壓 （CC/CV） 充電曲線、3 級鉛酸電池充電曲線或改進(jìn)的定時器端接恒流算法 （CC），其類似于鋰曲線，但不包含低壓前提條件和充電循環(huán)重啟功能。

圖1.36V 至 55V 至 24 節(jié)鉛酸 （48V） 浮充充電器/系統(tǒng)電源，具有 265W 轉(zhuǎn)換器輸出能力、5A 電池充電電流和 53.75V 系統(tǒng)/浮充電壓輸出。

使用 CC 模式充電來彎曲 48V 鉛酸充電器的規(guī)則

當(dāng) LTC4020 配置為針對鉛酸電池而優(yōu)化的充電模式時，吸收充電期間的調(diào)節(jié)電壓為典型電池系統(tǒng)電壓的 120%，對于“14V”鉛酸電池為 4.12V。遺憾的是，內(nèi)置鉛酸充電算法不能用于 48V 系統(tǒng)電池，因為吸收充電電壓將超過 LTC4020 的最大工作電壓。通過使用恒流（CC）充電算法實現(xiàn)大電流浮動充電器，可以輕松解決此問題。

CC 充電算法通過保持 LTC4020 的 MODE 引腳未連接而使能。反饋電阻分壓器設(shè)置所需的電池浮動充電電壓，對應(yīng)于VFB = 2.5V。CC 充電算法可實現(xiàn)完全編程的充電電流，直到達(dá)到浮動調(diào)節(jié)電壓。在保持浮子調(diào)節(jié)電壓的同時，鉛酸浮充充電器必須能夠連續(xù)地向電池提供電流，因此充電功能無法終止。CC充電模式可以通過設(shè)置TIMER = 0V來適應(yīng)這種情況，這將禁用定時器功能，從而禁用充電終止，因此充電周期將無限期地持續(xù)下去。

帶備用鉛酸電池的 48V 系統(tǒng)電源

圖 1 示出了一款配置為 4020V 系統(tǒng)電源的 LTC48，并集成了一個備用電池浮動充電器。該電源的核心元件是一個平均電流模式降壓/升壓 DC/DC 控制器，采用四個外部 NFET 作為開關(guān)元件，可提供 265W 的可用輸出系統(tǒng)功率。

該轉(zhuǎn)換器采用 36V–55V 輸入電源工作，轉(zhuǎn)換器的平均電感電流限制為 8.3A。轉(zhuǎn)換器電流限值由兩個 6mΩ 檢測電阻 （R感1和 R感2） 與 SiS862DN 開關(guān)場效應(yīng)管 M1 和 M2 串聯(lián)放置。DC/DC 轉(zhuǎn)換器在整個工作電壓范圍內(nèi)支持至少 5A 的輸出電流。

圖2.圖1所示電路的最大電池充電電流。

RSHDN1 和 RSHDN2 在 SHDN 引腳上形成一個分壓器，該分壓器將輸入關(guān)斷電壓設(shè)置為 VIN = 35V，當(dāng)輸入低于 35V 時禁用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和電池充電器功能，因此只要使能電源，就可以獲得滿載電流。此處使用的 SiS862DN 開關(guān) FET 的典型 QG 約為 10nC，因此，當(dāng)工作頻率通過電阻 RT 設(shè)置為 250kHz 時，VIN = 55V 時的 QG（TOTAL） ? fO 在 LTC4020 指定的 INTVCC 調(diào)整元件 SOA 準(zhǔn)則范圍內(nèi)。

如前所述，該 IC 使用恒流/恒壓充電曲線對 24 節(jié) （48V） 鉛酸備用電池進(jìn)行充電和維護。最大電池充電電流由 R 編程.CS至 5A，直到達(dá)到 53.75V 的完全充電浮動電壓為止。電池電壓由電阻分壓器（RFB1和 RFB2），可對 53.75V（或 2.24V/節(jié)電池）的完全充電浮動電壓進(jìn)行編程。該分壓器通過 FBG 引腳基準(zhǔn)參考，F(xiàn)BG 引腳在 LTC4020 工作時短路至地，但在 IC 停用時變?yōu)楦咦杩?，從而減小了電池上的寄生負(fù)載。

LTC4020 優(yōu)先為系統(tǒng)負(fù)載和電池充電功能提供電源 — 系統(tǒng)負(fù)載始終優(yōu)先于充電電源 — 因此，在重負(fù)載期間，必要時可減小電池充電電流。如果系統(tǒng)負(fù)載超出 LTC4020 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的能力，電池電流將改變方向，負(fù)載電流將來自電池以補充轉(zhuǎn)換器輸出。

圖3.可用轉(zhuǎn)換器輸出電流（系統(tǒng)負(fù)載電流 + 電池充電電流）與輸入電壓的關(guān)系。

當(dāng) V在電源斷開，LTC4020 的所有功能停止，電池為輸出提供所需的電源。開關(guān)FET M4阻斷了電池通過轉(zhuǎn)換器的反向傳導(dǎo)，電池電壓監(jiān)控電阻分壓器通過引腳FBG斷開，進(jìn)入IC的總電池電流降至10μA以下，從而在需要無負(fù)載存儲條件時最大限度地延長電池壽命。

結(jié)論

LTC?4020 是一款單 IC 電源管理解決方案，適用于任何需要電池備份或電池供電型遠(yuǎn)程操作的高功率器件。集成的降壓/升壓 DC/DC 控制器可為高于、低于或等效于輸入電壓的電壓軌供電。該 IC 采用智能 PowerPath 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將控制器輸出合并到一個功能齊全的多化學(xué)電池充電器中。充電器包括一個內(nèi)部板載定時器，用于使用二進(jìn)制編碼狀態(tài)引腳進(jìn)行充電周期控制和實時充電周期監(jiān)控。三個引腳可選的充電配置文件提供多功能性，以適應(yīng)最常見的電池類型，并優(yōu)化充電特性。

審核編輯：郭婷