4A高效化學(xué)電池充電器控制LTC4008

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(dá)９６％，輸出電壓范圍為３Ｖ～２８Ｖ，適合于對多化學(xué)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(xué)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(dāng)溫度超限時，該充電器會暫停充電，而當(dāng)電池溫度回復(fù)到安全限制之內(nèi)時，再恢復(fù)充電。ＬＴＣ４００８的主要特點如下：

●采用２０引腳塑料ＳＳＯＰ封裝；

●轉(zhuǎn)換效率高達(dá)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(hù)功能；

●有輸出狀態(tài)指示及充電電流監(jiān)視輸出功能。

圖1

２　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看門狗定時器、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)：定時電阻連接端。

ＦＡＵＬＴ(腳５)：過熱保護(hù)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(dāng)熱敏電阻指示的溫度超限時，充電器和定時器中止。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)可對電路提供環(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(jìn)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提供需要的瞬時電流信號。

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(dāng)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(dāng)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(fù)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(jìn)行編程。

表1 不充電電電流IMAX下的RSENSE和RPROG

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3

３．３ 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(dǎo)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)增加而增大。因此，在頻率和輸入電壓一定時，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

３．４ ４Ａ／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(dāng)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)腳上提供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(dāng)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(dāng)輸入電壓不出現(xiàn)時，充電器進(jìn)入睡眠模式，此時僅消耗１５μＡ的電池電流。當(dāng)ＡＣＰ／ＳＨＤＮ腳為低電平，充電器截止。而當(dāng)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)。