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4A高效化學電池充電器控制LTC4008

鉅大LARGE  |  點擊量:1259次  |  2020年05月28日  

摘要:LTC4008是一種同步電流模式PWM降壓轉(zhuǎn)換開關(guān)電池充電控制器。該控制器的充電電流可編程,輸出電流不小于4A,效率達96%,輸出電壓范圍為3V~28V,適合于對多化學電池充電器的控制。文中介紹了LTC4008的功能特點?給出了它的應(yīng)用電路。關(guān)鍵詞:頻率合成器;分頻器;電荷泵;LTC4008


1概述


LTC4008是美國凌特公司生產(chǎn)的一種恒流/恒壓多化學電池充電器控制器?可用于筆記本電腦、便攜式儀器和設(shè)備以及電池備份(buckup)等系統(tǒng)的電池充電。


LTC4008是一種同步電流型PWM降壓電池充電控制器。其充電電流可利用編程電阻與傳感電阻來編程,浮充電壓則可用外部電阻分壓器和內(nèi)部1.19V的參考電壓來設(shè)定。LTC4008含有一個熱敏電阻傳感器,因此,當溫度超限時,該充電器會暫停充電,而當電池溫度回復到安全限制之內(nèi)時,再恢復充電。LTC4008的重要特點如下:


●采用20引腳塑料SSOP封裝;


●轉(zhuǎn)換效率高達96%;


●輸出電流超過4A;


●輸入電壓范圍為6~28V;


●具有3~28V的寬輸出電壓范圍以及0.8%的電壓精度;


●具有0.5V的輸入/輸出壓差與98%的最大占空比;


●可用外部NTC熱敏電阻檢測電池溫度,以保證在合適的溫度下充電;


●可編程充電電流精度為4%;


●帶有充電、C/10電流檢測,并可自動監(jiān)測AC適配器;


●具有輸入電流限制和故障保護功能;


●有輸出狀態(tài)指示及充電電流監(jiān)視輸出功能。圖12電路結(jié)構(gòu)及引腳功能


2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)


LTC4008的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部元件連接如圖1所示。可以看出,該芯片內(nèi)含振蕩器、PWM看門狗按時器、輸入開關(guān)?MOSFET?電路、電壓反饋誤差放大器?EA?、輸入電流限制放大器?CL1?、電流放大器?CA1/CA2?、電流比較器?ICMP/IREV?、熱敏電阻感測輸入電路、控制單元及MOSFET柵極驅(qū)動器等電路。


2.2引腳功能


LTC4008的引腳排列如圖2所示,各引腳的功能如下:


DCIN(腳1):外部DC電源輸入(6~28V),應(yīng)使用0.1μF以上的電容旁路。


ICL(腳2):輸入電流限制指示。


ACP/SHDN(腳3):該腳為高電平時,用于指示AC適配器電壓。該腳被拉低時,充電器關(guān)閉。


RT(腳4):按時電阻連接端。


FAULT(腳5):過熱保護端,低電平有效。若該功能被使能,應(yīng)在該腳連接上拉電阻。


GND(腳6):接地端。


VFB(腳7):電壓反饋誤差放大器(EA)輸入端。


NTC(腳8):連接熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)。當熱敏電阻指示的溫度超限時,充電器和按時器中止。此時FAULT被拉至低電平。


ITH(腳9):電流模式PWM內(nèi)部環(huán)路控制信號,該腳電壓(0~3V)較高時,充電電流也較大。在該腳與GND之間連接一RC(R=6kΩ,C≥0.1μF)串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可對電路供應(yīng)環(huán)路補償。


PROG(腳10):充電電流編程/監(jiān)視輸入/輸出。在該腳與地之間接一外部電阻,可和電流傳感電阻一起對峰值充電電流進行編程。該腳電壓可線性指示充電電流。但該腳上的最大編程電阻RPROG不能超過100kΩ,因為大于100kΩ時,充電器將關(guān)閉。該腳與地之間的外部電容用作高頻濾波。


CSP(腳11):電流放大器CA1輸入,電流檢測電阻兩端的電壓從該腳和BAT(12)腳輸入內(nèi)部CA1放大器,可為峰值和平均電流模式操作供應(yīng)要的瞬時電流信號。


BAT(腳12):該腳同時可作為電池感測輸入和電流檢測輸入。


BATMON(腳13):用于電池充電電壓指示。當未檢測到AC適配器時,器件內(nèi)部開關(guān)斷開。該腳到VFB腳的外部電阻分壓器可用于設(shè)定充電器的浮充電壓。


FLAG(腳14):充電電流指示輸出,當充電電流減小到最大編程電流的10%時,該腳輸出低電平。


CLP(腳16),CLN(腳15):限流放大器CL1正、負輸入端,門限為100mV。為濾除開關(guān)噪聲,這兩腳間應(yīng)接一個RC濾波器。


TGATE(腳17):用于驅(qū)動充電器高端MOSFET。


PGND(腳18):BGATE驅(qū)動器功率地。


BGTAE(腳19):用于驅(qū)動充電器低端MOSFET。


INFET(腳20):用于驅(qū)動外部輸入P溝道MOS-FET的柵極。3應(yīng)用設(shè)計


3.1充電電流的設(shè)定


表1給出了不同充電電流時電流感測電阻RSENST和IC的腳10外部電流編程電阻RPROG(見圖2)的推薦值。實際上,可在RPROG與地之間連接一只MOSFET,并在其柵極施加PWM驅(qū)動電壓(幅值為5V,頻率為幾千赫茲)以對充電電流進行編程。表1不充電電電流IMAX下的RSENSE和RpROG


IMAX(A)RSENSE(Ω1%)RpROG(kΩ1%)10.10026.720.05026.730.03326.740.02526.7

3.2充電電壓的設(shè)定


IC腳13與腳7(FB)外部的R8和R9所組成的電阻分壓器可用于設(shè)定充電器的浮充(float)電壓:


VFLOAT=VREF(1+R8/R9)


但應(yīng)注意:R8與R9之和一般不小于100kΩ。每個電阻的偏差應(yīng)在0.25%之內(nèi)。圖33.3電感器L1的選擇


雖然較高的工作頻率允許使用較小的電感器(L1)和輸出電容(C3),但頻率過高會因MOSFET的柵極電荷損耗而導致效率降低。此外,電感紋波電流ΔIL一般隨頻率升高而減小,并隨輸入電壓(VIN)新增而增大。因此,在頻率和輸入電壓一按時,電感值大一些有利于減小紋波電流。通常選擇ΔIL=0.4IMAX作為設(shè)計的出發(fā)點。ΔIL最大往往發(fā)生在最大輸入電壓VIN(MAX)上。表2給出了不同最大平均充電電流和輸入電壓(VIN)時的推薦電感值。表2推薦電感值


最大平均電流(A)輸入電壓VIN(V)最小電感器值(μH)20%1≤401>562≤202>303≤153>204≤104>15

3.44A/12.3V鋰離子電池充電電路


以LTC4008為控制器的4A/12.3V鋰離子電池充電器電路如圖3所示。當DC輸入電壓高于腳CLP(16)上的電壓時,充電器使能。IC腳DCIN(1)內(nèi)部電路在ACP/SHDN(3)腳上供應(yīng)AC適配器存在的邏輯指示,并控制充電時輸入開關(guān)Q3的柵極電壓以使Q3保持低正向壓降,同時阻止反向電流通過Q3。隨著電池充電接近終止電壓,充電電流開始減小。當電流降至滿度充電電流的10%時,IC中的C/10比較器通過鎖定FLAG腳輸出低電平以指示這種狀態(tài)。當輸入電壓不出現(xiàn)時,充電器進入睡眠模式,此時僅消耗15μA的電池電流。當ACP/SHDN腳為低電平,充電器截止。而當充電電流由于輸入電流的限制而使功能減小時,IC的腳ICL(2)將被拉低以指示該狀態(tài)。


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