4A高效化学电池充电器控制LTC4008

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的主要特点如下：

●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1

２　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看门狗定时器、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)：定时电阻连接端。

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，充电器和定时器中止。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)串联网络可对电路提供环路补偿。

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提供需要的瞬时电流信号。

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

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3

３．３ 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)增加而增大。因此，在频率和输入电压一定时，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

３．４ ４Ａ／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)脚上提供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。