【導讀】線性充電器一直被廣泛應(yīng)用于生活中，但是由于傳統(tǒng)充電器有很多缺點，在很多應(yīng)用中無法被推廣。但是新的尖端應(yīng)用需要更高效的線性充電器，怎么應(yīng)對？線性充電器拋開以往禁錮，大膽開外掛展現(xiàn)不同以往的風采。
開關(guān)模式電池充電器因為拓撲具有靈活性，可以給多種化學組成的電池充電，提供很高的充電效率以最大限度減少熱量并實現(xiàn)快速充電，還可提供范圍很寬的工作電壓，所以可在很多應(yīng)用中。然而，開關(guān)充電器也有一些缺點，包括成本相對較高、基于電感器的設(shè)計比較復雜、可能產(chǎn)生噪聲以及解決方案占板面積比較大。另一方面，傳統(tǒng)線性拓撲電池充電器常常因占板面積緊湊、簡單和成本較低而受到重視。
傳統(tǒng)線性充電器的缺點包括：輸入和電池電壓范圍有限；電流消耗相對較大；功耗過高；充電終止算法有限；效率相對較低(效率約為[VOUT/VIN] x100%)。由于上述優(yōu)點，過去一直用開關(guān)模式充電器給新式鉛酸(LA)電池、無線電源、能量收集、太陽能充電、遠程傳感器以及嵌入式汽車應(yīng)用供電。不過，現(xiàn)在有機會出現(xiàn)一種超低電流消耗、高壓線性電池充電器，這并沒有一般線性充電器有關(guān)的缺點。
尖端應(yīng)用需要更有效的線性充電器
能夠從創(chuàng)新性、高壓和超低靜態(tài)電流線性充電器受益的一些尖端應(yīng)用領(lǐng)域包括：
●低充電電流的密封鉛酸(SLA)電池應(yīng)用。SLA電池的寬溫度范圍對很多遠程傳感器/控制應(yīng)用都是有益的。這類遠程應(yīng)用功率通常非常低，不需要快速充電，因此可以使用低充電電流，這類應(yīng)用僅需要保持電池充電完成。
●就無線電源而言，充電是在非常低的功率水平上進行的，典型情況下低于100mW。
●在具備任何微型功率電源的能量收集應(yīng)用中，低靜態(tài)電流都是必須的，以避免與下游負載爭奪電流。
●太陽能充電從太陽能電池板和電池獲得電壓，電壓變化范圍很寬。就低功率應(yīng)用而言，線性充電器能夠很好地工作。
●用于監(jiān)視或控制的遠程傳感器一般用于低功率工業(yè)應(yīng)用，其電池主要用于備份。因此，充電時間不重要，視具體應(yīng)用的不同而不同，輸入/電池電壓的變化范圍很寬。在這類應(yīng)用中，低IQ線性充電器很適合。
●嵌入式汽車應(yīng)用的輸入電壓 >30V，有些甚至更高。例如，起防盜威懾作用的GPS定位系統(tǒng)。線性充電器的典型電壓為 12V 至兩節(jié)串聯(lián)鋰離子電池電壓 (典型值為7.4V)，對更高電壓具備增強保護功能，因此對這類應(yīng)用而言是很有用的。
新的線性充電器解決方案
顯然，適合上述應(yīng)用、能夠解決相關(guān)問題的線性拓撲IC充電解決方案需要具備多項以下屬性：
●低靜態(tài)電流 ── 從功率不足/間歇性的輸入電源向電池傳送的能量越多，就越能降低功耗。另外，當充電已經(jīng)終止、輸入不存在時，低電池IQ也能延長電池壽命
●寬輸入電壓范圍以容納各種電源
●寬電池充電電壓范圍以應(yīng)對多種電池組
●能夠給多種化學組成的電池充電 (鋰、鉛酸、鎳電池等)
●簡便自主地工作，具備內(nèi)置充電終止 (μC)
●適用于太陽能輸入電源的輸入電壓調(diào)節(jié)
●占板面積很小且扁平解決方案
●先進的封裝以提高熱性能和空間效率
幸運的是，凌力爾特不久前推出的LTC4079線性電池充電器已經(jīng)具備了大部份這些屬性。LTC4079是一款60V、恒定電流/恒定電壓250mA電池充電器，適用于多種電池化學組成，靜態(tài)電流很低 (充電時僅為4μA)，其線性拓撲提供簡單的無電感器設(shè)計，接受2.7V至 60V的寬輸入電壓范圍。可用電阻編程的1.2V至60V電池充電電壓范圍和嚴格的±0.5%電壓準確度以及內(nèi)置可調(diào)充電終止使LTC4079適合很多電池化學組成，包括鋰離子/聚合物、磷酸鐵鋰 (LiFePO4)、鎳和鉛酸化學組成。可通過一個外部電阻器在10mA至250mA范圍內(nèi)調(diào)節(jié)充電電流，與同類充電器不同，該器件以低充電電流保持高準確度。用為數(shù)不多的幾個外部組件可以給3級鉛酸電池充電，同時LTC4079相對低的充電電流使其更加適合給鉛酸電池進行浮置充電。類似地，由于沒有采用鎳電池快速充電終止算法，因此鎳電池僅能夠用LTC4079進行涓流充電。應(yīng)用包括嵌入式汽車和工業(yè)系統(tǒng)、備份電池充電、能量收集應(yīng)用和基于薄膜電池的產(chǎn)品。
LTC4079的輸入電壓調(diào)節(jié)功能可將IN引腳調(diào)節(jié)至一個恒定電壓，或調(diào)節(jié)為以恒定電壓差高于電池電壓。這些功能可用來防止電流受限電源 (例如電量不足的電池或太陽能電池板) 的輸入電壓急劇下降至低于欠壓閉鎖(UVLO)電壓。在輸入電壓下降至設(shè)定門限的過程中，充電電流也隨之下降。這種調(diào)節(jié)機制允許基于電池要求選擇充電電流，同時使LTC4079能夠照顧到輸入電源不能按設(shè)定提供滿充電電流的情況。
新的線性充電器解決方案
圖1：LTC4079給7.4V鋰離子電池充電的典型應(yīng)用電路圖
[page] LTC4079的熱量調(diào)節(jié)功能確保在無過熱風險的前提下，達到規(guī)定的最大充電電流。充電可以通過C/10或內(nèi)置的可調(diào)定時器終止。其他功能包括采用 NTC 熱敏電阻溫度合格的充電，壞電池檢測，在備用狀態(tài)用采樣反饋電壓自動再充電以使電池漏電流可以忽略不計，以及開漏CHRG引腳狀態(tài)輸出。一旦電池充電完畢，就每隔3秒時間通過反饋網(wǎng)絡(luò)對電池電壓采樣一次，以最大限度減小電池漏電，從而延長電池運行時間。
圖2顯示了LTC4079的典型鋰離子電池充電周期，采用了C/10充電終止。
圖2：LTC4079鋰離子電池充電周期
LTC4079采用扁平(0.75mm) 10引腳3mm x 3mm DFN封裝，提供背面金屬焊盤以實現(xiàn)卓越的熱性能。該器件保證工作在–40℃至125℃溫度范圍。其主要特色包括：
●寬輸入電壓范圍：2.7V 至 60V
●可調(diào)電池電壓：1.2V 至 60V
●可調(diào)充電電流：10mA 至 250mA
●充電時靜態(tài)電流很低IIN= 4μA
●停機或充電時電池漏電流超低：IBAT< 0.01μA
●自動再充電
●適合高阻抗電源的輸入電壓調(diào)節(jié)
●熱量調(diào)節(jié)最大限度地提高輸出電流，同時不會導致過熱問題
●具備±0.5%準確度的恒定電壓反饋
●實現(xiàn)溫度合格充電的NTC熱敏電阻器輸入
●可調(diào)安全定時器
●充電狀態(tài)指示
●耐熱增強型10引線 (3mm x 3mm) DFN封裝
太陽能充電--輸入電壓調(diào)節(jié)和壓差調(diào)節(jié)
基于太陽能電池板的充電應(yīng)用越來越多地適用于多種化學組成的電池，不過鋰離子/聚合物 /磷酸鐵鋰以及鉛酸電池在這類應(yīng)用中是最流行的。LTC4079的電壓調(diào)節(jié)可以毫無問題地應(yīng)對這些應(yīng)用情況。當采用電量不足的電池或太陽能電池板等電流受限的電源充電時，該IC可調(diào)節(jié)IN引腳上的恒定電壓。這個功能可用來防止輸入電壓急劇下降至低于 UVLO，或者用來保持輸入電源電壓處于峰值功率點。在輸入電壓下降至所設(shè)定門限的過程中，充電電流隨之下降，該門限由輸入電源至EN引腳和GND之間的外部電阻分壓器設(shè)定，如圖3所示。
圖3：設(shè)定LTC4079的輸入電壓調(diào)節(jié)
輸入電壓調(diào)節(jié)門限VIN(REG)按如下公式計算：
這種調(diào)節(jié)機制允許基于電池的要求以及根據(jù)可從充電電源獲得的最大功率選擇充電電流。當輸入電源不能提供設(shè)定充電電流時，LTC4079自動降低充電電流。
為了在輸入電源由功率不足的電源提供時防止輸入電壓急劇下降，LTC4079額外提供了一種方法，即壓差調(diào)節(jié) (VIN-VBAT)。如果輸入電壓降至接近電池電壓，那么LTC4079中的壓差調(diào)節(jié)環(huán)路就會隨著輸入電壓與電池電壓的壓差減小而降低充電電流，以此保持輸入電壓高于電池電壓160mV (典型值)。在上述兩種調(diào)節(jié)情況下，輸入電源都必須提供至少等于該器件靜態(tài)電流的電流，以防止進入UVLO狀態(tài)。無論何時，只要由于輸入電壓調(diào)節(jié)或壓差調(diào)節(jié)而導致充電電流降低，充電定時器都暫停。
鎳電池充電
LTC4079的設(shè)計還可以給鎳電池充電。對于鎳化學組成的電池[例如鎳鎘(NiCd)和鎳氫金屬(NiMH)電池]，必須考慮過充電的可能性。典型方法是以小電流在很長一段時間內(nèi)進行涓流充電。既然NiCd和NiMH電池可以無限期地接受C/300充電速率，那么就可以用定時充電算法實現(xiàn)持續(xù)時間較短的充電。給電池充電至不超過其容量的125%是可取的。例如，可以在設(shè)定的12至14小時內(nèi)以100mA充電電流給一個 1000mAh的NiMH電池充電。一旦電池達到其滿容量，恒定電壓調(diào)節(jié)就安全地將充電電流逐漸降至接近零。
結(jié)語
LTC4079提供了線性電池充電器以前不曾提供的功能。該器件提供寬輸入電壓和充電電壓范圍，適合多種電池化學組成和太陽能充電，充電和終止時提供超低靜態(tài)電流，解決方案簡單，占板面積緊湊，所有這些都使該器件能夠在尖端應(yīng)用中實現(xiàn)高性能，而在這類應(yīng)用中，更加復雜的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲一度曾是惟一選擇。
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