高壓、大電流控制器實現多種拓撲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組成、電壓和電流水平。例如：隨著現有及全新電池化學組成之新型應用的不斷涌現 (太陽能應用中密封鉛酸電池 [SLA] 使用量的急劇增加便是一個例子)，工業、醫療和汽車電池充電器都持續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用。深周期鉛酸電池是另一種在工業應用中非常流行的技術。這類電池的極板比汽車電池厚，設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供電的應用，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，太陽能供電應用在增加。各種不同尺寸的太陽能電池板現在能給各種創新性應用供電，例如人行橫道標志燈、垃圾壓實機、海上航標燈等應用。在太陽能供電應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的充電周期。這種類型的電池常見于“脫離電網” (即未與電力公司的供電網連接) 的可再生能源系統，例如太陽能或風力發電系統。

　　“一體化”充電器在哪里?

　　設計師一開始設計充電解決方案時，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，有很多應用沒有專有和簡單的電池充電解決方案。這類應用的例子包括：

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

　　由于 IC 設計的復雜性，現有電池充電控制器主要限于降壓型架構。一些現有解決方案可以給多種化學組成的電池充電，有些解決方案提供內置的終止功能。不過，直到現在，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、便攜式儀器、配備電池的工業設備和通用充電系統都可能成為這樣一種充電器的流行應用。

　　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雜，由一個 DC-DC 開關穩壓器、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的 DC/DC 電源轉換成全功能電池充電器，參見圖 1。LTC4000 能驅動典型的 DC/DC 轉換器拓撲，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節，在 3V 至 60V 的寬輸入和輸出電壓范圍內工作，從而可與各種差分輸入電壓源、電池組和電池化學組成兼容。典型應用包括高功率電池充電器系統、高性能便攜式儀器、電池后備系統、配有工業電池的設備以及筆記本電腦 / 迷你型筆記本電腦?！　?/p>