當(dāng)今許多靠鋰離子電池供電的手持設(shè)備都內(nèi)建有一個(gè)電池充電器，目前通常使用一種線性充電器給這種電池充電，但這種充電器盡管操作更簡便和成本更低，但它有一個(gè)主要缺點(diǎn)：能耗太高。當(dāng)輸入電壓為高和電池電壓為低(已放電電池)時(shí)，線性充電器產(chǎn)生的熱量足以損壞自身或其它鄰近元件。在本文中，凌特技術(shù)公司提出了一種替代方案，它可解決所有的過熱問題而且充電快速。
    
     當(dāng)今許多靠電池供電的手持設(shè)備都內(nèi)建有一個(gè)電池充電器。這些電池通常都為鋰離子電池，并且其功率密度可在范圍400mA小時(shí)到1.5A小時(shí)變化。你可以使用一種線性充電器給這種電池充電，而且這種充電器通常比基于轉(zhuǎn)換器的方案在外形上明顯更小，操作更簡便，成本更低，但它有一個(gè)主要缺點(diǎn)：能耗太高。當(dāng)輸入電壓為高和電池電壓為低(已放電電池)時(shí)，線性充電器產(chǎn)生的熱量足以損壞自身或其它鄰近元件。典型地，這種狀態(tài)(即電池電壓隨充電的進(jìn)行而升高)只是暫時(shí)現(xiàn)象，但正是這些最糟糕的狀態(tài)需要設(shè)計(jì)師在決定充電電流與IC溫度的最大容許值時(shí)必須充分地加以考慮。當(dāng)然，一種解決這種過熱問題的簡單方法是降低充電過程中整個(gè)恒流段的充電電流，但這種方法伴隨的問題是充電時(shí)間的相應(yīng)延長。
    
     不過，凌特技術(shù)公司現(xiàn)在提出了一種替代方案，即LTC1733鋰離子單電池線性充電器，它解決了所有的過熱問題且充電快速。這種新穎的IC采用內(nèi)部反饋來調(diào)節(jié)充電電流和限制裸片溫度。這意味著更快的充電時(shí)間，因?yàn)樵O(shè)計(jì)師可以通過編程設(shè)定一個(gè)很高充電電流，而且不會(huì)冒任何損壞IC或任何其它元件的風(fēng)險(xiǎn)。這一性能直接帶來的另一好處是毋需設(shè)計(jì)過熱保護(hù)電路。為了進(jìn)一步改進(jìn)熱傳遞性，LTC1733采用了熱增強(qiáng)型10針MSOP封裝。該IC只需要3個(gè)外部元件便可提供一個(gè)完整的鋰離子充電器解決方案，見圖1。
    
     一個(gè)內(nèi)部功率MOSFET允許編程設(shè)定的最大充電電流可達(dá)1.5A，精度為7%，

以確保充電快速和完全。這種內(nèi)部MOSFET還可省掉一個(gè)外部電流敏感電阻或遏流二極管，最終的無負(fù)載電壓是引腳可選的，或?yàn)?.1V或?yàn)?4.2V，精度是1%，這可防止過充帶來的危險(xiǎn)或欠充造成的電池容量不足。遵從電池制造商的使用要求，LTC1733包含了一個(gè)可編程充電終止定時(shí)器和熱敏電阻輸入，以保證充電全過程的溫度符合要求。狀態(tài)輸出包括：用以指示充電后期狀態(tài)的C/10充電檢測、決定充電是否可以進(jìn)行下去的壁式電源適配器狀態(tài)檢測、充電電流監(jiān)測、以及用以識(shí)別壞電池的錯(cuò)誤檢測。低電池電壓充電調(diào)理電路(滴充)可安全地為過放電電池充電，并自動(dòng)續(xù)充以確保電池總能充電完全。當(dāng)沒有壁式電源適配器或該部件關(guān)閉的時(shí)候，為保持電池能量， LTC1733的電池漏電流降到5(A以下。
    
    給電池充電
    
     給單電池鋰離子電池系統(tǒng)充電時(shí)，用戶須在VCC腳處施加至少4.5V的輸入電壓。ACPR腳隨后降為低電平(pull low)，指示輸入電壓條件已滿足(見圖2)。此外，必須用一個(gè)1%的電阻器把PROG與GND相連，使額定充電電流設(shè)定為100V/RPROG。而后CHPG腳為低電平，指示充電循環(huán)開始。TIMER和GND之間用電容器連接，充電終止時(shí)間設(shè)定為3小時(shí)/100nF。
    
     如果在充電循環(huán)開始時(shí)BAT腳的電壓低于2.48V，那么，充電電流將為設(shè)定值的1/10，以使電池電壓足夠高，安全實(shí)現(xiàn)全充電電流充電(見圖3)。如果電池?fù)p壞，且在1/4的設(shè)定終止時(shí)間內(nèi)電壓都升不到2.48V以上，則充電循環(huán)終止，且FAULT狀態(tài)輸出將鎖存為低電平，指示電池已壞。ACPR、CHRG和FAULT三個(gè)狀態(tài)輸出腳全都產(chǎn)生足夠的電流衰弱量，使LED亮燈。一旦電池電壓升到2.48V以上(充電循環(huán)開始后不久會(huì)明顯表現(xiàn)出來)，LTC1733將為電池提供由RPROG設(shè)定的恒定電流。LTC1733將一直保持恒流模式，直到BAT腳的電壓接近所選擇的最終浮置電壓(SEL=0V時(shí)為 4.1V ，SEL=VCC時(shí)為4.2V)為止。此后，器件進(jìn)入恒壓模式。
    
     在恒壓模式下，LTC1733將開始降低充電電流以保持BAT腳的恒壓而非恒流輸出。當(dāng)電流降至最大設(shè)定充電電流的10%時(shí)，內(nèi)部比較器會(huì)斷開CHRG腳，并將一弱電流源(約25(A)接地，以顯示接近充電結(jié)束(C/10)狀態(tài)。
    
     與電流達(dá)到C/10時(shí)便結(jié)束充電過程的電池充電器不同，LTC1733在到達(dá)C/10點(diǎn)后，只要終止定時(shí)器時(shí)間不到，會(huì)繼續(xù)給電池充電，以保證電池完全充滿。在C/10處終止充電過程使電池只能充到其容量的90%到95%，而在C/10后繼續(xù)充并按時(shí)間要求結(jié)束可使電池的容量充到100%。一旦充電結(jié)束，CHRG腳便呈現(xiàn)高阻抗?fàn)顟B(tài)。
    
    電池的再充電
    
    

假定在第一次充電時(shí)，電池電壓已充到了3.95V(SEL = 0V時(shí)) 或4.05V (SEL = VCC時(shí))以上，那么LTC1733可對電池進(jìn)行再充電。一旦超出這些閾值，如果電池電壓因電池負(fù)載的存在或電池的自放電電流而掉到3.9V (SEL = 0V)或4.0V (SEL = VCC)以下時(shí)，則新一輪的充電循環(huán)開始了。再充電電路集結(jié)BAT腳電壓數(shù)毫秒，以防止充電循環(huán)重啟造成的瞬態(tài)沖擊。
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    熱調(diào)節(jié)
    
     LTC1733的另一個(gè)特性是具有內(nèi)部熱調(diào)節(jié)回路。如果高功率操作或高的環(huán)境溫度導(dǎo)致LTC1733的溫度接近105(C，那么充電電流會(huì)自動(dòng)降低以將溫度保持在105(C左右 (板溫度通常低于85(C)，這便是所謂的恒溫模式。這一特性允許用戶基于具體的工作條件設(shè)定充電電流，并去掉許多線性應(yīng)用必需的復(fù)雜過熱保護(hù)設(shè)計(jì)。
    
     LTC1733會(huì)自動(dòng)監(jiān)視最糟狀態(tài)，這一特性除可保護(hù)LTC1733外，還能去除板上的“熱點(diǎn)”區(qū)，從而保護(hù)周邊元件。其它的電池充電器，其熱關(guān)閉特性只是簡單地在極高溫度下(一般是150(C)關(guān)閉充電器而已。這種基于溫度的關(guān)閉特性允許電池充電器和周邊PCB板溫度升至非常高，盡管具備關(guān)閉“保護(hù)”功能，但必須對應(yīng)用進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)以避免到達(dá)熱關(guān)閉溫度。LTC1733通過自動(dòng)均衡充電電流、散熱和工作溫度，可使設(shè)計(jì)得到簡化。
    
     圖4示出最糟溫度條件下的典型的單電池鋰離子充電循環(huán)。曲線示出了電池電壓、充電電流及PC板溫度對時(shí)間的關(guān)系。
    
     為進(jìn)一步改進(jìn)LTC1733的熱調(diào)節(jié)性能，它采用了熱增強(qiáng)型MSOP封裝。其占用板面積可做到小于72 mm2，室溫功耗2W。這相當(dāng)于用5V輸入電源實(shí)現(xiàn)最大充電電流1.5A。這里假定鋰離子電池在充電大部分時(shí)間里處于(3.7V狀態(tài)。實(shí)際上，由于典型的鋰離子電池在充電開始幾分鐘內(nèi)便升到3.8V以上，因此這一假定有些保守。LTC1733的這一獨(dú)特?zé)崽匦院?%的設(shè)定充電電流精度，使單電池鋰離子電池系統(tǒng)的充電過程非常迅速和精確。
    
    PROG電流監(jiān)控器

      在恒流模式下，PROG腳的電壓總為1.5V，指示設(shè)定的充電電流從BAT腳流出。在恒溫或恒壓模式下，BAT腳的電流有所下降。PROG腳與三個(gè)開漏狀態(tài)輸出(ACPR、CHRG和 FAULT)時(shí)刻通告用戶LTC1733到底在做什么。
      NTC熱敏電阻
    
     除了可編程定時(shí)器和低的電池充電限定條件外，LTC1733在推薦給電池制造商的安全性特性列表中還增加了充電時(shí)的溫度限定。電池溫度通過緊貼電池組放置一只負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻來測定。借助IC中的內(nèi)部溫度限制電路，LTC1733在電池溫度降到0(C以下或升到50(C以上時(shí)，可臨時(shí)停住內(nèi)部定時(shí)器并停止充電。實(shí)施這一功能，選用RHOT的電阻值應(yīng)與50(C下所用熱敏電阻的阻值相同。這樣將可以確保內(nèi)部比較器的1/2VCC摔點(diǎn)(trip point)與NTC的50(C溫度相對應(yīng)。
    
     還有，選定的NTC熱敏電阻在0(C時(shí)的阻值應(yīng)盡量接近50(C時(shí)阻值的7倍。7：1的冷熱NTC比率可確保內(nèi)部比較器7/8VCC的摔點(diǎn)與NTC 0(C的溫度相對應(yīng)。每個(gè)熱和冷比較器都有約2(C的滯后以防摔點(diǎn)的振蕩。另外，NTC可以不使用任何外部元件，只簡單地通過將NTC腳接地就可使其功能失效。
    
        
     LTC1733是一種全功能的獨(dú)立鋰離子電池充電器。其結(jié)構(gòu)極為簡單，只需要三個(gè)外部元件，就可安全精確地將高容量電池快充至1.5A的充電電流。在體現(xiàn)安全性及狀態(tài)特性方面，可加上一只NTC熱敏電阻和幾個(gè)LED。目前許多用鋰離子電池作供電電源的設(shè)備可采用這種類型的充電器，如數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)(DSC)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、蜂窩電話、MP3播放機(jī)以及GPS系統(tǒng)等。
    
     值得注意的是，對上述諸多產(chǎn)品中有許多產(chǎn)品，有一種需求越來越強(qiáng)烈。就是通過ＵＳＢ接口插入一個(gè)主設(shè)備時(shí)，電池正在充電。盡管LTC1733可用于這類充電應(yīng)用，但USB端口的可獲電流量有限，或500mA 或 100mA，依連接外設(shè)的數(shù)量而定。而在這些應(yīng)用中LTC1733存在的一個(gè)缺陷是關(guān)閉模式下的靜態(tài)電流為0.9mA。這是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)閁SB規(guī)范定義了一種暫停(SUSPEND)模式，即在USB+5V的情況下，漏電電流必須低于500(A。不過，凌特技術(shù)公司還有LTC4053，一種與USB兼容的鋰離子電池充電器。它在關(guān)閉模式下源電流僅為25(A。所以，當(dāng)外設(shè)在USB請求暫停模式時(shí)，將中斷LTC4053，以滿足所要求的漏電電流限制。