高壓、大電流控制器實現(xiàn)多種拓撲mW至kW電池充電

　　背景

　　在很多細分市場上，電池充電的實際操作涉及多種電池化學(xué)組成、電壓和電流水平。例如：隨著現(xiàn)有及全新電池化學(xué)組成之新型應(yīng)用的不斷涌現(xiàn) (太陽能應(yīng)用中密封鉛酸電池 [SLA] 使用量的急劇增加便是一個例子)，工業(yè)、醫(yī)療和汽車電池充電器都持續(xù)需要更高的電壓和電流。輸入電壓、充電電壓和充電電流的組合很多，基于單個集成電路 (IC) 的現(xiàn)有解決方案僅能滿足其中一部分組合的要求。人們一般用 IC 和分立式組件的笨重組合來滿足大多數(shù)電壓電流組合及拓撲的要求。

　　目前的市場趨勢表明，人們對大容量 SLA 電池重新產(chǎn)生了興趣，大容量 SLA 電池不再僅用于汽車了，這勉強算是一種復(fù)興吧。從價格/功率輸出的角度來看，汽車或“為啟動供電的”SLA 電池并不算貴，可以提供短持續(xù)時間的大脈沖電流，從而非常適用于汽車和其他車輛啟動器應(yīng)用。深周期鉛酸電池是另一種在工業(yè)應(yīng)用中非常流行的技術(shù)。這類電池的極板比汽車電池厚，設(shè)計為放電至其滿充電量的 20%。這通常用于要求在較長時間內(nèi)供電的應(yīng)用，例如在叉車和高爾夫球推車等。然而，鉛酸電池對過充電非常敏感，因此小心謹慎地充電非常重要。

　　顯然，太陽能供電應(yīng)用在增加。各種不同尺寸的太陽能電池板現(xiàn)在能給各種創(chuàng)新性應(yīng)用供電，例如人行橫道標志燈、垃圾壓實機、海上航標燈等應(yīng)用。在太陽能供電應(yīng)用中使用的電池是一種深周期電池，除了深度放電以外，還能承受長時間重復(fù)的充電周期。這種類型的電池常見于“脫離電網(wǎng)” (即未與電力公司的供電網(wǎng)連接) 的可再生能源系統(tǒng)，例如太陽能或風力發(fā)電系統(tǒng)。

　　“一體化”充電器在哪里?

　　設(shè)計師一開始設(shè)計充電解決方案時，會遇到一些更為棘手的問題，包括高輸入電壓要求、需要給大容量電池充電、輸入電壓范圍高于和低于電池電壓范圍等。此外，更糟糕的是，有很多應(yīng)用沒有專有和簡單的電池充電解決方案。這類應(yīng)用的例子包括：

• 由很多節(jié)電池串聯(lián)組成的電池組 ━━ 現(xiàn)在沒有適用于 >4 節(jié)鋰離子電池的 IC 解決方案
• 高輸入電壓應(yīng)用 – 現(xiàn)在沒有高于 30V 至 40V 的 IC 解決方案
• 降壓-升壓型應(yīng)用和隔離式拓撲 (例如反激式配置)

　　由于 IC 設(shè)計的復(fù)雜性，現(xiàn)有電池充電控制器主要限于降壓型架構(gòu)。一些現(xiàn)有解決方案可以給多種化學(xué)組成的電池充電，有些解決方案提供內(nèi)置的終止功能。不過，直到現(xiàn)在，也沒有哪款充電器能提供解決上述所有問題所必需的性能。大功率電池充電器系統(tǒng)、便攜式儀器、配備電池的工業(yè)設(shè)備和通用充電系統(tǒng)都可能成為這樣一種充電器的流行應(yīng)用。

　　一種新的 IC 解決方案

　　解決上述問題的 IC 充電解決方案需要擁有如果不是全部、也是很多以下特性：

• 靈活性：該解決方案必須能與各種不同的開關(guān)拓撲一起運行
• 寬輸入電壓范圍
• 寬輸出電壓范圍以滿足多個電池組的需求
• 能給多種化學(xué)組成的電池充電
• 簡單、自主工作 (無需微處理器)
• 大的輸出電流
• 占板面積小和扁平的解決方案
• 先進的封裝以改善熱性能和空間利用率

　　具電源通路 (PowerPath™) 控制和輸入電流限制的典型同類解決方案非常復(fù)雜，由一個 DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器、一個微處理器加上幾個 IC 和分立式組件組成。不過，由于凌力爾特推出了新的 LTC4000 電池充電控制器，所以現(xiàn)在更簡單的解決方案唾手可得了。

　　LTC4000

　　LTC4000 是一款高壓控制器和電源管理器，幾乎能將任何外部補償?shù)?DC/DC 電源轉(zhuǎn)換成全功能電池充電器，參見圖 1。LTC4000 能驅(qū)動典型的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓撲，包括降壓型、升壓型、降壓-升壓型、SEPIC 和反激式拓撲。該器件提供精確的輸入和充電電流調(diào)節(jié)，在 3V 至 60V 的寬輸入和輸出電壓范圍內(nèi)工作，從而可與各種差分輸入電壓源、電池組和電池化學(xué)組成兼容。典型應(yīng)用包括高功率電池充電器系統(tǒng)、高性能便攜式儀器、電池后備系統(tǒng)、配有工業(yè)電池的設(shè)備以及筆記本電腦 / 迷你型筆記本電腦。