具集成型功率器件的I2C控制型電池電源管理IC

豐富的可編程性和遙測用于實(shí)現(xiàn)高級(jí)充電算法

LTC4155 提供了連續(xù) I2C 狀態(tài)報(bào)告功能，從而使系統(tǒng)軟件能全面了解輸入電源的狀態(tài)、故障情況、電池充電循環(huán)狀態(tài)、電池溫度和多項(xiàng)其他性能參數(shù)。

主要的充電參數(shù)可在 I2C 控制下變更，以執(zhí)行定制的充電算法。與基于微控制器的充電算法或其他可編程型充電算法不同，LTC4155 在軟件 I2C 控制下可使用的所有可能之設(shè)定值均針對(duì)了電池的本質(zhì)安全性。浮置電壓絕對(duì)不能設(shè)置在 4.2V 以上或 4.05V 以下。同樣，電池充電電流可設(shè)置為 15 種可能的設(shè)定值之一，但是軟件絕對(duì)不可以把限值提升至高于設(shè)計(jì)師所設(shè)定的水平 — 通過一個(gè)選擇用于使電池容量與最大充電速率相匹配的編程電阻器。

可向系統(tǒng)軟件提供連續(xù)的電池溫度數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)地調(diào)整系統(tǒng)或充電器的運(yùn)行狀態(tài)，從而應(yīng)對(duì)極端的操作困境。例如：可在 I2C 控制下減低浮置電壓和 / 或充電電流，以增加高環(huán)境溫度下的電池安全裕量。同樣，充電電流或總系統(tǒng)負(fù)載電流也可隨高溫而減小，以降低產(chǎn)品外殼內(nèi)部的額外發(fā)熱。

與電池充電器可編程性的所有其他方面一樣，LTC4155 實(shí)現(xiàn)了一款無需任何軟件干預(yù)的本質(zhì)安全充電解決方案。當(dāng)電池溫度降至 0°C 以下或升至 40°C 以上時(shí)，電池充電始終暫停。此外，當(dāng)電池溫度上升至高于 60°C 時(shí)，還可以選擇產(chǎn)生一個(gè)故障中斷。圖 4 示出了 LTC4155 電池溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并對(duì)自主型充電器切斷溫度門限做了突出顯示。

圖 4：LTC4155 電池溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù) (突出顯示了自主型充電器切斷溫度門限)

電源通路即時(shí)接通型操作

在傳統(tǒng)電源架構(gòu)中，大多數(shù)便攜式產(chǎn)品都是直接與電池相連的，因此失效電池會(huì)特別容易引發(fā)故障。當(dāng)電池電壓過低以至于系統(tǒng)無法運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)品有可能表現(xiàn)出無響應(yīng)狀態(tài)，甚至在連接至某個(gè)輸入電源達(dá)數(shù)分鐘之后仍然如此，這可能因此而導(dǎo)致很多查詢電話。當(dāng)電池容量與可用充電電流相比非常大的時(shí)候 (例如：采用大容量電池的 USB 供電型系統(tǒng))，這個(gè)問題將進(jìn)一步復(fù)雜化。

凌力爾特的 PowerPath? 產(chǎn)品 (比如：LTC4155) 將系統(tǒng)電源軌與電池分隔開來，以實(shí)現(xiàn)即時(shí)接通型操作，并解決由深度放電電池所引起的兩個(gè)最令人困擾的問題。

第一個(gè)問題是：當(dāng)系統(tǒng)電源軌直接連接至電池時(shí)，充電電流與系統(tǒng)負(fù)載變得難以區(qū)分。當(dāng)電池深度放電時(shí)，在電池電壓達(dá)到某個(gè)較為安全的水平之前，電池制造商建議用戶使用一個(gè)大為減小的初始充電電流。假設(shè)最小或沒有系統(tǒng)負(fù)載電流，必須對(duì)于電池將該涓流充電電流設(shè)置在一個(gè)安全的水平。

其次，在直接連接型電池系統(tǒng)中，倘若系統(tǒng)在涓流充電期間可供使用，則準(zhǔn)備用于電池的充電電流有很大部分將被分流至系統(tǒng)電源軌。因此而減小的電池充電電流將使恢復(fù)時(shí)間相應(yīng)地延長。一個(gè)巨大的系統(tǒng)負(fù)載會(huì)導(dǎo)致凈電池電流反向，從而使電池進(jìn)一步放電。在這種低電池電量情況下，便攜式系統(tǒng)有可能因?yàn)橄到y(tǒng)電源軌上的電壓不足而無法對(duì)用戶的操作做出響應(yīng)。由于可提供給共接式電池和系統(tǒng)電源軌的功率有所降低，因此無響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間至少將增加 10 倍。

當(dāng)電池深度放電時(shí)，LTC4155 可為系統(tǒng)電源軌提供 3.5V 電壓，以實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動(dòng)。由于電池電壓在預(yù)充電階段上升，因此 LTC4155 無縫和自動(dòng)地轉(zhuǎn)換至一種效率較高的模式，以加快充電速度并最大限度地抑制熱量的產(chǎn)生。圖 5 示出了可提供給系統(tǒng)電源軌的電壓與電池電壓的函數(shù)關(guān)系。

圖 5：VOUT 電壓與電池電壓的關(guān)系曲線

LTC4155 電池充電電流的設(shè)置獨(dú)立于輸入電流限值，旨在消除電池充電電流限制條件與輸入功率限制條件之間的相互影響。輸入電流限值可以僅根據(jù)輸入電源的限制條件進(jìn)行設(shè)置。同樣，電池充電電流也可以只依據(jù)電池容量來設(shè)置。LTC4155 始終執(zhí)行輸入電流限值，并在需要的情況下使“為系統(tǒng)負(fù)載供電”的優(yōu)先級(jí)高于“電池充電”。

面對(duì)非理想電源時(shí)的堅(jiān)固性

當(dāng)輸入電壓開始下降至一個(gè)不可接受的水平時(shí)，LTC4155 將自動(dòng)減小輸入電流。在高充電電流水平下，如果采用尺寸過小的導(dǎo)線經(jīng)由輕微腐蝕的連接器連接至尺寸過小的適配器，或者任何數(shù)目的條件超出了慣常的設(shè)計(jì)范圍，就會(huì)出現(xiàn)上述狀況。

倘若不加干預(yù)，那么 IC 的輸入電壓將繼續(xù)下降，并最終降至欠壓閉鎖門限以下。IC 隨后將停機(jī)，允許輸入電壓恢復(fù)并重新起動(dòng)整個(gè)循環(huán)過程。LTC4155 在糟糕的情況下做到了最好。當(dāng)輸入電壓降至 4.3V 時(shí)，LTC4155 可使其輸入功率按照需要的額度平穩(wěn)地減低，以避免輸入電壓的進(jìn)一步下降。在該模式中，雖然輸送至系統(tǒng)負(fù)載和電池的電流小于編程值，但假如允許輸入電壓振蕩繼續(xù)下去，那么這個(gè)數(shù)值將會(huì)更小。此外，LTC4155 還可產(chǎn)生一個(gè) I2C 狀態(tài)報(bào)告和任選的中斷信號(hào)，以提醒系統(tǒng)：終端用戶可能需要采取校正或診斷措施以恢復(fù)最大充電電流能力。

結(jié)論

LTC4155 實(shí)現(xiàn)了高電流能力和高效率與小巧單片式 PCB 占板面積的完美組合，非常適合于采用大型鋰電池的便攜式設(shè)備，在此類設(shè)備中，非常重視板級(jí)空間，同時(shí)希望盡量減少發(fā)熱量和充電時(shí)間?？杉嫒?USB 規(guī)范的輸入限流設(shè)定值進(jìn)一步擴(kuò)展了通用性，允許利用無處不在但功率較低的電源提供充電。大量的遙測可實(shí)現(xiàn)基于變化的環(huán)境或應(yīng)用條件之定制運(yùn)行狀態(tài)，而并未犧牲自備的電池安全性。盡管面對(duì)著諸如電池深度放電或阻性輸入電源電纜尺寸過小等常見問題，但仍然能夠不間斷地向系統(tǒng)電源軌輸送功率。LTC4155 采用的是 28 引腳 4mm x 5mm QFN 封裝。