便攜式電源應(yīng)用領(lǐng)域?qū)挿憾鄻印．a(chǎn)品涵蓋了從平均功耗僅幾μW的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)到采用好幾百瓦時(shí)電池組的車載式醫(yī)療或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等眾多門類。然而，盡管品種繁多，但它們卻呈現(xiàn)出了相對(duì)一致的發(fā)展趨勢(shì)━━設(shè)計(jì)人員不斷地要求其產(chǎn)品擁有較高的功率以支持更多的功能，并指望能從任何可用的電源來(lái)給電池充電。第一個(gè)趨勢(shì)要求增加電池容量。不幸的是，用戶常常缺乏耐心，而且增加的電池容量必須要在合理的時(shí)間之內(nèi)完成充電，這就必然導(dǎo)致充電電流的增大。第二個(gè)趨勢(shì)則要求電池充電解決方案具有巨大的靈活性。我們將對(duì)這些問(wèn)題逐個(gè)進(jìn)行較為詳細(xì)的探究。

更高的功率

新式的手持設(shè)備(無(wú)論是消費(fèi)類設(shè)備還是工業(yè)設(shè)備)都有可能包括一個(gè)蜂窩電話調(diào)制解調(diào)器、一個(gè)WiFi模塊、一個(gè)藍(lán)牙模塊、一個(gè)大型的背面照明顯示器等等。許多手持式設(shè)備的電源架構(gòu)都可通過(guò)蜂窩電話反映出來(lái)。通常，3.7V的鋰離子電池因其很高的重量(Wh/kg)和體積(Wh/m3)能量密度而被用作主電源。過(guò)去，不少高功率密度設(shè)備都采用一個(gè)7.4V鋰離子電池以降低電流需求，但廉價(jià)的5V電源管理IC的面市使得越來(lái)越多的手持式設(shè)備轉(zhuǎn)而采用較低電壓架構(gòu)。平板電腦很好地體現(xiàn)了這一點(diǎn)━━標(biāo)準(zhǔn)的平板電腦擁有豐富的功能以及非常大(用于便攜式設(shè)備)的屏幕。當(dāng)采用一個(gè)3.7V電池來(lái)供電時(shí)，電池的容量必須達(dá)到幾千mAh。為了能夠在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成此類電池的充電，需要幾千mA的充電電流。

然而，消費(fèi)者同樣希望能夠在沒(méi)有可用的大電流墻上適配器時(shí)從一個(gè)USB端口來(lái)為其高功率設(shè)備充電，這種愿望并未因?yàn)樯鲜龅母叱潆婋娏鞫欢糁啤榱藵M足這些要求，在可以使用墻上適配器時(shí)，電池充電器必須要能夠以高電流(>2A)進(jìn)行充電，但仍然可以高效地利用USB端口所提供的2.5W至4.5W功率。此外，產(chǎn)品還必需避免敏感的下游低電壓組件遭受有可能造成損壞的過(guò)壓，將高電流從一個(gè)USB輸入、一個(gè)墻上適配器或電池?zé)o縫地引導(dǎo)至負(fù)載，并最大限度地降低功率損耗。與此同時(shí)，IC必須安全地管理電池充電算法并監(jiān)視關(guān)鍵的系統(tǒng)參數(shù)。

解決單節(jié)電池供電型便攜式產(chǎn)品的電源難題

盡管似乎無(wú)法找到單個(gè)IC來(lái)滿足上述要求，但不妨考慮一下LTC4155，這是一款高功率、I2C控制、高效率PowerPathTM管理器、理想二極管控制器和鋰離子電池充電器。該器件設(shè)計(jì)用于從多種5V電源高效地輸送高達(dá)3A的電流，可為電池充電及系統(tǒng)用途提供3.5A以上的電流。即使在這些高電流水平下，LTC4155的88%~94%效率仍然可使熱預(yù)算限制條件有所放寬。LTC4155的開關(guān)PowerPath拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可對(duì)從兩個(gè)輸入電源(比如：墻上適配器和USB端口)至設(shè)備的可再充電鋰離子電池的功率輸送進(jìn)行無(wú)縫管理，并在輸入功率有限時(shí)優(yōu)先向系統(tǒng)負(fù)載供電。

LTC4155的開關(guān)穩(wěn)壓器起一個(gè)變壓器的作用，允許VOUT上的負(fù)載電流超過(guò)輸入電源所吸收的電流，與常用的線性模式充電器相比，大幅度地改善了電池充電可用功率的使用效率。如前面的例子所示，LTC4155能夠以高達(dá)3.5A的電流進(jìn)行高效充電，從而縮短充電時(shí)間。與普通的開關(guān)電池充電器不同，LTC4155具有“即時(shí)接通”操作能力，以確保在插入電源時(shí)可立即獲得系統(tǒng)功率，即使所采用的是一個(gè)失效的電池或深度放電的電池也不例外。

在對(duì)電池進(jìn)行高速充電時(shí)，監(jiān)視電池的安全性是很重要的。LTC4155將在電池溫度下降至0℃以下或上升至40℃以上(由一個(gè)外部負(fù)溫度系數(shù)[NTC]熱敏電阻負(fù)責(zé)測(cè)量)時(shí)自動(dòng)停止充電。除了這種自主特性之外，LTC4155還提供了一個(gè)7位擴(kuò)展標(biāo)度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，用于以大約1℃的分辨率來(lái)監(jiān)視電池的溫度。結(jié)合4種可用的浮置電壓設(shè)定值和15種電池充電電流設(shè)定值，該ADC能夠用于建立基于電池溫度的定制充電算法。

通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的二線式I2C端口可獲得NTCADC結(jié)果，從而據(jù)此調(diào)整充電電流和電壓設(shè)定值。該I2C端口還通過(guò)控制16種輸入電流限制設(shè)定值(包括可兼容USB2.0和3.0規(guī)格的設(shè)定值)提供了與USB規(guī)范的兼容性。通信總線允許LTC4155提供額外的狀態(tài)指示信息，例如：輸入電源狀態(tài)、充電器狀態(tài)和故障狀態(tài)。USBOTG(On-The-Go)支持能力可在未采用任何附加組件的情況下提供一個(gè)返回USB端口的5V電源。

LTC4155的雙輸入、優(yōu)先級(jí)多路復(fù)用器可根據(jù)用戶定義的優(yōu)先級(jí)(適配器輸入是默認(rèn)的優(yōu)先選擇)自主選擇最合適的輸入(墻上適配器或USB)。過(guò)壓保護(hù)(OVP)電路用于同時(shí)保護(hù)兩個(gè)輸入免遭因意外施加高電壓或反向電壓而造成的損壞。LTC4155的理想二極管控制器可確保始終能夠向VOUT提供足夠的功率，即使輸入功率不足或缺失也不例外。

對(duì)于諸如平板電腦或工業(yè)條形碼掃描儀等許多便攜式應(yīng)用而言，管理兩個(gè)輸入(例如：USB和墻上適配器)就足夠了。不過(guò)，便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)人員仍在繼續(xù)探尋能夠從任何可用電源來(lái)給電池充電的方法。

多種輸入電源

諸多原因?qū)е掠脩粝Ｍ麖亩喾N輸入電源來(lái)給電池充電。某些應(yīng)用有可能需要脫離電網(wǎng)并指望由太陽(yáng)能板來(lái)供電。其他的應(yīng)用則希望擁有能夠從墻上適配器、汽車電池或者高電壓工業(yè)或電信電源進(jìn)行充電的便利。不管是什么原因，這種要求都給電池充電系統(tǒng)施加了一個(gè)沉重的負(fù)擔(dān)。大多數(shù)電池充電器均利用一種降壓(開關(guān)或線性)架構(gòu)從一個(gè)高于最大電池電壓的電壓電源來(lái)給電池充電。早先的充電器產(chǎn)品通常被限制于大約30V的輸入電壓。此類局限性導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員無(wú)法考慮將電信電源作為可行的輸入電源，或者采用具有42V開路電壓的太陽(yáng)能板。在某些場(chǎng)合中，期望輸入電源的電壓范圍既會(huì)升至電池電壓以上也會(huì)降至電池電壓以下。設(shè)計(jì)旨在應(yīng)對(duì)上述難題的解決方案通常需要整合高精度的電流檢測(cè)放大器、ADC、用于控制充電操作的微處理器、高性能的DC/DC轉(zhuǎn)換器以及理想二極管或多路復(fù)用電路。凌力爾特公司推出了一款更加優(yōu)越的解決方案。

功能強(qiáng)大且擁有無(wú)可比擬之靈活性的充電解決方案

LTC4000可將任何在外部補(bǔ)償?shù)腄C/DC電源轉(zhuǎn)換為一個(gè)全功能的電池充電器，并具有PowerPathTM控制功能。LTC4000能夠驅(qū)動(dòng)的常用DC/DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括(但不限于)降壓、升壓、降壓-升壓、SEPIC和反激式。該器件提供了精準(zhǔn)的輸入電流和充電電流調(diào)節(jié)，并可在一個(gè)3V至60V的寬輸入和輸出電壓范圍內(nèi)運(yùn)作，因而與多種不同的輸入電壓電源、電池組尺寸和化學(xué)組成相兼容。由于這款器件采用了通用型配置，因此其典型應(yīng)用范圍十分廣泛，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)、配備電池的工業(yè)設(shè)備以及筆記本電腦/小型筆記本電腦等。

除了可支持多種不同的DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，LTC4000的高電壓能力還使其能夠利用幾乎任何輸入電源來(lái)形成功能強(qiáng)大的電池充電解決方案。為了確保來(lái)自這些輸入的功率能輸送至合適的負(fù)載，LTC4000采用了一種智能PowerPathTM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，當(dāng)輸入功率有限時(shí)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將優(yōu)先向系統(tǒng)負(fù)載供電。LTC4000通過(guò)控制外部PFET來(lái)提供低損耗反向電流保護(hù)、電池的低損耗充電和放電以及“即時(shí)接通型”操作，以確保在插入電源時(shí)可立即獲得系統(tǒng)功率，即使所采用的是一個(gè)失效的電池或深度放電的電池也不例外。外部檢測(cè)電阻器可提供輸入電流和電池充電電流信息，從而使得LTC4000能夠與功率范圍從幾毫瓦到幾千瓦的轉(zhuǎn)換器一起使用。

LTC4000的全功能電池充電控制器可對(duì)多種電池化學(xué)組成進(jìn)行充電，包括鋰離子電池/鋰聚合物電池/磷酸鐵鋰電池、密封鉛酸電池(SLA)和鎳電池等。另外，電池充電器還具有高精度的電流檢測(cè)功能，可為高電流應(yīng)用提供較低的檢測(cè)電壓。

結(jié)論

新式便攜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師從事著極富挑戰(zhàn)性的工作━━特別當(dāng)其面對(duì)電源時(shí)。客戶不斷地追逐需要消耗更多功率的功能，因而必需使用更大的電池。與此同時(shí)，客戶還希望擁有從幾乎所有的可用電源來(lái)給這些電池充電的便利。雖然便攜式電源的上述發(fā)展趨勢(shì)帶來(lái)了設(shè)計(jì)難題，但LTC4155和LTC4000則使設(shè)計(jì)工作大為簡(jiǎn)化。在低電壓系統(tǒng)中，LTC4155可高效提供高達(dá)3.5A的充電電流，并具有諸多高性能特性。LTC4000能夠利用幾乎任何輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)一款功能強(qiáng)大的充電解決方案，且擁有無(wú)與倫比的性能及靈活性。