55V 高效降壓－升壓電源管理器和多化學電池充電器

汽車子系統的設計師不斷努力尋找創新的方法來延長 EV 的續航里程并縮短充電時間。在實現這些目標的過程中，他們將基于硅的技術在尺寸、重量和電源效率方面推向物理極限，因而需要轉向碳化硅（SiC）來幫助其應對這些挑戰。

如今，電池充電器有望輕松支持各種電池化學成分并接受一系列電壓輸入，包括范圍廣泛的太陽能電池板。輸入電壓范圍跨越輸出電池電壓上下的情況越來越普遍，需要降壓和升壓能力（降壓-升壓拓撲）。LTC4020 降壓-升壓電源管理器和多化學電池充電控制器可以采用 4.5V 至 55V 的寬范圍輸入并產生高達 55V 的輸出電壓。其降壓-升壓 DC/DC 控制器支持高于、低于或等于輸入電壓的電池和系統電壓。

該充電器可輕松針對各種電池化學成分進行優化。例如，它可以遵循恒流/恒壓 (CC/CV) 充電算法，C/10 或用于鋰基電池系統的定時終止，具有定時終止的恒流 (CC) 特性，或優化的 4 步、3 級鉛酸充電曲線。

用于 25.2V 電池浮動電壓的 6.3A 充電器

圖 1 顯示了一個 15V 至 55V 輸入、25.2V/6.3A 降壓-升壓電池充電器，具有僅需要一個電感器 (L1) 的高效 4 開關 (M2–M5) 同步降壓-升壓 DC/DC 轉換器。專有的平均電流模式架構使用兩個檢測電阻器（R CBRT1和 R CBRB1）來監控電感器電流。在此降壓-升壓解決方案中，當 V IN 高于 V OUT時，轉換器以降壓（降壓）模式運行；當 V IN 低于 V OUT時，轉換器工作在升壓（升壓）模式。當 V IN 接近 V OUT時，轉換器以 4 開關降壓-升壓模式運行。

圖 1. 15V 至 55V 輸入、25.2V/6.3A 降壓-升壓電池充電器

該轉換器以 50kHz 至 500kHz 范圍內的可編程恒定開關頻率運行，由一個電阻器設置 (R13 = 100k，250kHz)。圖 1 所示的解決方案可為系統負載提供高達 8A 的電流 (V OUT = 25.2V)。圖 2 顯示滿負載效率（I OUT = 8A，V IN = 24V）可以達到 98% 以上。

LTC4020 使用一個來自 BAT 引腳的外部反饋電阻分壓器來通過 V FB 引腳設置電池電壓。“PowerPath”FET (M1) 在正常電池充電期間導通，盡可能在電池和降壓-升壓轉換器輸出之間形成低阻抗連接。電池充電電流通過檢測電阻器 (R CBAT1 ) 進行監控。通過選擇 R CBAT1的值，可以輕松設置平均電池充電電流。可通過 RNG/SS 引腳進行動態限流調整。

PowerPath FET 的瞬時接通和理想二極管功能

對于嚴重放電的電池，LTC4020 可自動將 PowerPath FET（圖 1 中的 M1）配置為線性穩壓器，從而允許降壓-升壓轉換器輸出升至高于電池電壓，同時仍向電池提供充電電流。此功能稱為 PowerPath 瞬時啟動，此時 PowerPath FET 充當高阻抗電流源，為電池提供充電電流。

當電池充電器不在充電周期時，LTC4020 自動將 PowerPath FET 配置為理想二極管——也就是說，降壓-升壓轉換器專門為系統負載工作。這允許電池在正常操作中保持與轉換器輸出的斷開連接。然而，如果系統負載電流超過降壓-升壓轉換器的容量，則可以通過這個理想二極管有效地從電池中汲取額外的功率。

附加功能

LTC4020 支持基于定時器的充電算法——一個連接在 TIMER 引腳和地之間的電容器對循環時間的結束進行編程。

LTC4020 具有電池溫度監視和控制功能。通過將 NTC（負溫度系數）熱敏電阻連接到 NTC 引腳，并將熱敏電阻靠近電池組（或其他所需的監控位置）放置，如果 NTC 引腳電壓超出范圍（高于 1.35V 或低于 0.3V） )，LTC4020 觸發 NTC 故障并停止電池充電。

LTC4020 的 V IN_REG 引腳允許輸入電壓調節。該引腳可用于為太陽能電池板設置峰值電源電壓，或幫助維持其他高阻抗輸入電源的電壓。

LTC4020 有兩個集電極開路輸出 STAT1 和 STAT2，用于充電器狀態和故障情況。這兩個引腳是二進制編碼的。

結論

LTC4020 是一款多功能高電壓、高效率降壓-升壓型電源管理器和多化學電池充電器，支持高于、低于或等于輸出電池或系統電壓的輸入電壓。其薄型 (0.75mm) 耐熱增強型 38 引腳 5mm × 7mm QFN 封裝適用于便攜式工業和醫療設備、太陽能供電系統、軍用通信設備以及 12V 至 24V 嵌入式汽車系統。