充电电流高达4A的独立电池充电器IC

技术分类: 电源技术  | 2004-11-01
Tony Armstrong,凌特公司电源部产品市场经理

        毫无疑问,锂离子电池是技术最先进的再充电电池。目前电池技术在满足更长的工作时间需求的同时,也要符合信息技术专业发展的环境要求。相对镍氢(NiMH)电池,锂离子在“无记忆”方面具有明显的优势。锂电池不同于镍氢电池,它可在放电过程中的任何一个时间点进行再充电,而且能有效地维持充电电量,这比原来的镍氢电池长两倍以上。可再充电锂技术的另一个优点是重量,它只有镍镉(NICd)电池的一半,而能量密度却是它的三倍。此外,新型芯片技术配合最新软件,使电源可以最大范围应用在最新的笔记本电脑、便携式仪器和蜂窝式通信工具中。
  当然,终端产品的锂电池充电要注意几个问题,因为采用错误的电压和电流很可能会轻易地破坏电池。出于这方面的考虑,集成电路制造商们设计了专用的充电器集成电路,以确保电池在各种环境下安全地充满电。
  挑战
  若想把功能齐全的高功率电池充电器浓缩在单一的集成电路通常要牺牲一些东西。为了能在一个小型封装中安装上所有东西,大多数电池充电器舍弃一些普遍受欢迎的功能,而选择一些特别的功能。凌特公司已开发了一个单一集
成电路系列、完整的高功率电池充电器解决方案。这些充电器提供了人们想要的所有充电和保护功能,同时还具有与主机系统通信的I/O,并能节省板空间。
  第一个真正独立的充电器能提供高达4A充电电流
  这些充电器拥有一个新型的控制架构,每一个充电器能做到了将许多功能集成到一个单一的封装中。它们支持高达28V电压的电池,充电电流高达4A且效率在95%以上。典型的充电电压和电流的精度分别是0.6% 和4%。PWM控制器采用一个300kHz的同步架构,占空比可达98%,且具有优越的低压降性能和连续开关低至零的充电电流。PWM控制器能稳定和抑制来自输入/输出陶瓷电容器的可听见噪声,也能在高电流下采用小体积的通用电感器(参考图1)。小体积集成电路、较少的外部组件数目以及小体积外部元器件的应用使电路板体积也变得非常小。
采用LTC4007的12.6V、4A锂离子电池充电器
图1,采用LTC4007的12.6V、4A锂离子电池充电器


  输入电流限制能自动减小充电电流充以防止电源适配器过载。一个串联输入MOSFET也能防止反向电池放电,起到保护电源适配器的作用。所有的充电器均有关断(SHDN)输入引脚。如果移开输入电源,充电器能隔开电压反馈路径并关闭不需要的内部集成电路,从而使反向电池漏电流降低至于仅15礎。一个灵活的热敏电阻电路能用于监控电池或环境温度。
  区别何在?
  表1比较了三种电池充电器。LTC4006和LTC4007是专门针对锂电池充电而设计,它们包含满充电终止和自动重启控制功能。LTC4008不包括充电终止功能,因此它不仅能用于锂电池,还能与其它类型的电池一起协同工作。如果采用特殊的化学电池,还可以通过一个主微控制器管理充电终止要求。
  电池充电终止和管理
  LTC4006和LTC4007提供内置锂离子充电终止功能和过放电恢复系统。充电终止系统包括一个2级计时器和一个C/10充电电流检测器。一旦充电电流低于满标度电流的10% 时,C/10探测器就能探测出来,并将计时器周期缩减到原先周期的1/4。第二个时间周期用于使不期望获得的浮动充电时间环境最少化,尤其是当一块满充电的电池插入充电器时。
  LTC4006和LTC4007有一个内置的锂离子过放电恢复系统,叫做预调理。如果每节电池的最初电压低于2.5V,充电器会将充电率降到满标度电流值的10%,并维持这个充电率直到电池电压高于一个设定的值。此外,这两个IC都有自动重启功能。如果电压低于预设值,充电器将自动重启充电过程以维持满充电。
  手持移动设备的需求
  自二十世纪九十年代推出以来,锂离子电池已被广泛用于移动电源应用中,如蜂窝电话、PDA、数码相机(DSC)和MP3播放器。随着手持设备功能的增加,对容量就有了更高的要求,而成熟的锂电子技术正是使容量增加变得切实可行。
  现代手机、MP3播放器和DSC相继采用1~1.2Ah的电池,而辅助笔记本电脑则可能采用1.5~2Ah的电池。凌特公司的线性电池充电器系列拥有专利的热调节功能。当充电器IC置于设备内部时,它能成功地管理高电流线性稳压器潜在的热量问题。当电池既要增加容量又要保证快速充电时,线性热调节在维持合理PCB温度方面的作用就变得越来越重要。
  如LTC405x系列的线性充电器提供了非常简单而又易用的解决方案,它们无需任何过热设计。在预设的温度条件下(直至用户设置的最大充电电流),它们能尽可能快地完成电池充电。然而,在充电率高于1.5A时,即使是热调节也不能解决由6W以上输出功率引起的热量问题。
  线性锂电池充电器的一个明显发展趋势是封装体积的不断缩小。然而在充电过程中(特别是高电流情况下)为集成电路降温的空间及通风需
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