4A高效化学电池充电器控制LTC4008

摘要：LTC4008是一种同步电流模式ＰＷＭ降压转换开关电池充电控制器。该控制器的充电电流可编程，输出电流不小于４Ａ，效率达９６％，输出电压范围为３Ｖ～２８Ｖ，适合于对多化学电池充电器的控制。文中介绍了LTC4008的功能特点给出了它的应用电路。 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%26;#177;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%26;#177;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 IMAX（A） RSENSE（Ω%26;#177;1%） RPROG（kΩ%26;#177;1%） 1 0.100 26.7 2 0.050 26.7 3 0.033 26.7 4 0.025 26.7 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 最大平均电流（A）输入电压VIN（V）最小电感器值（μH）%26;#177;20% 1 ≤ 40 1 ＞ 56 2 ≤ 20 2 ＞ 30 3 ≤ 15 3 ＞ 20 4 ≤ 10 4 ＞ 15 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。