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4A高效化学电池充电器控制LTC4008

钜大LARGE  |  点击量:92次  |  2020年05月28日  

摘要
LTC4008是一种同步电流模式PWM降压转换开关电池充电控制器。
摘要:LTC4008是一种同步电流模式PWM降压转换开关电池充电控制器。该控制器的充电电流可编程,输出电流不小于4A,效率达96%,输出电压范围为3V~28V,适合于对多化学电池充电器的控制。文中介绍了LTC4008的功能特点?给出了它的应用电路。关键词:频率合成器;分频器;电荷泵;LTC4008


1概述


LTC4008是美国凌特公司生产的一种恒流/恒压多化学电池充电器控制器?可用于笔记本电脑、便携式仪器和设备以及电池备份(buckup)等系统的电池充电。


LTC4008是一种同步电流型PWM降压电池充电控制器。其充电电流可利用编程电阻与传感电阻来编程,浮充电压则可用外部电阻分压器和内部1.19V的参考电压来设定。LTC4008含有一个热敏电阻传感器,因此,当温度超限时,该充电器会暂停充电,而当电池温度回复到安全限制之内时,再恢复充电。LTC4008的重要特点如下:


●采用20引脚塑料SSOP封装;


●转换效率高达96%;


●输出电流超过4A;


●输入电压范围为6~28V;


●具有3~28V的宽输出电压范围以及0.8%的电压精度;


●具有0.5V的输入/输出压差与98%的最大占空比;


●可用外部NTC热敏电阻检测电池温度,以保证在合适的温度下充电;


●可编程充电电流精度为4%;


●带有充电、C/10电流检测,并可自动监测AC适配器;


●具有输入电流限制和故障保护功能;


●有输出状态指示及充电电流监视输出功能。图12电路结构及引脚功能


2.1内部结构


LTC4008的内部结构及外部元件连接如图1所示。可以看出,该芯片内含振荡器、PWM看门狗按时器、输入开关?MOSFET?电路、电压反馈误差放大器?EA?、输入电流限制放大器?CL1?、电流放大器?CA1/CA2?、电流比较器?ICMP/IREV?、热敏电阻感测输入电路、控制单元及MOSFET栅极驱动器等电路。


2.2引脚功能


LTC4008的引脚排列如图2所示,各引脚的功能如下:


DCIN(脚1):外部DC电源输入(6~28V),应使用0.1μF以上的电容旁路。


ICL(脚2):输入电流限制指示。


ACP/SHDN(脚3):该脚为高电平时,用于指示AC适配器电压。该脚被拉低时,充电器关闭。


RT(脚4):按时电阻连接端。


FAULT(脚5):过热保护端,低电平有效。若该功能被使能,应在该脚连接上拉电阻。


GND(脚6):接地端。


VFB(脚7):电压反馈误差放大器(EA)输入端。


NTC(脚8):连接热敏电阻网络。当热敏电阻指示的温度超限时,充电器和按时器中止。此时FAULT被拉至低电平。


ITH(脚9):电流模式PWM内部环路控制信号,该脚电压(0~3V)较高时,充电电流也较大。在该脚与GND之间连接一RC(R=6kΩ,C≥0.1μF)串联网络可对电路供应环路补偿。


PROG(脚10):充电电流编程/监视输入/输出。在该脚与地之间接一外部电阻,可和电流传感电阻一起对峰值充电电流进行编程。该脚电压可线性指示充电电流。但该脚上的最大编程电阻RPROG不能超过100kΩ,因为大于100kΩ时,充电器将关闭。该脚与地之间的外部电容用作高频滤波。


CSP(脚11):电流放大器CA1输入,电流检测电阻两端的电压从该脚和BAT(12)脚输入内部CA1放大器,可为峰值和平均电流模式操作供应要的瞬时电流信号。


BAT(脚12):该脚同时可作为电池感测输入和电流检测输入。


BATMON(脚13):用于电池充电电压指示。当未检测到AC适配器时,器件内部开关断开。该脚到VFB脚的外部电阻分压器可用于设定充电器的浮充电压。


FLAG(脚14):充电电流指示输出,当充电电流减小到最大编程电流的10%时,该脚输出低电平。


CLP(脚16),CLN(脚15):限流放大器CL1正、负输入端,门限为100mV。为滤除开关噪声,这两脚间应接一个RC滤波器。


TGATE(脚17):用于驱动充电器高端MOSFET。


PGND(脚18):BGATE驱动器功率地。


BGTAE(脚19):用于驱动充电器低端MOSFET。


INFET(脚20):用于驱动外部输入P沟道MOS-FET的栅极。3应用设计


3.1充电电流的设定


表1给出了不同充电电流时电流感测电阻RSENST和IC的脚10外部电流编程电阻RPROG(见图2)的推荐值。实际上,可在RPROG与地之间连接一只MOSFET,并在其栅极施加PWM驱动电压(幅值为5V,频率为几千赫兹)以对充电电流进行编程。表1不充电电电流IMAX下的RSENSE和RpROG


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

3.2充电电压的设定


IC脚13与脚7(FB)外部的R8和R9所组成的电阻分压器可用于设定充电器的浮充(float)电压:


VFLOAT=VREF(1+R8/R9)


但应注意:R8与R9之和一般不小于100kΩ。每个电阻的偏差应在0.25%之内。图33.3电感器L1的选择


虽然较高的工作频率允许使用较小的电感器(L1)和输出电容(C3),但频率过高会因MOSFET的栅极电荷损耗而导致效率降低。此外,电感纹波电流ΔIL一般随频率升高而减小,并随输入电压(VIN)新增而增大。因此,在频率和输入电压一按时,电感值大一些有利于减小纹波电流。通常选择ΔIL=0.4IMAX作为设计的出发点。ΔIL最大往往发生在最大输入电压VIN(MAX)上。表2给出了不同最大平均充电电流和输入电压(VIN)时的推荐电感值。表2推荐电感值


最大平均电流(A)输入电压VIN(V)最小电感器值(μH)20%1≤401>562≤202>303≤153>204≤104>15

3.44A/12.3V锂离子电池充电电路


以LTC4008为控制器的4A/12.3V锂离子电池充电器电路如图3所示。当DC输入电压高于脚CLP(16)上的电压时,充电器使能。IC脚DCIN(1)内部电路在ACP/SHDN(3)脚上供应AC适配器存在的逻辑指示,并控制充电时输入开关Q3的栅极电压以使Q3保持低正向压降,同时阻止反向电流通过Q3。随着电池充电接近终止电压,充电电流开始减小。当电流降至满度充电电流的10%时,IC中的C/10比较器通过锁定FLAG脚输出低电平以指示这种状态。当输入电压不出现时,充电器进入睡眠模式,此时仅消耗15μA的电池电流。当ACP/SHDN脚为低电平,充电器截止。而当充电电流由于输入电流的限制而使功能减小时,IC的脚ICL(2)将被拉低以指示该状态。


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