鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步和便攜式產(chǎn)品的爆發(fā)帶動(dòng)了另外一個(gè)周邊產(chǎn)品的爆發(fā)式增長——充電器，無論是家里還是辦公室?guī)缀趺總�(gè)人都可以隨手拿出幾個(gè)充電器。然而，市面上大量廉價(jià)的充電器充斥，幾乎成為電池殺手。而要設(shè)計(jì)一款具有“高性價(jià)比”的電池充電器，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨著眾多挑戰(zhàn)，其中如何選擇電池充電器IC就是解決眾多挑戰(zhàn)的第一步。

為了做出明智的決定，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先必須明確定義電池參數(shù)(化學(xué)組成、電池單元數(shù)量等)和輸入?yún)��?shù)(太陽能、USB等)。然后，必須搜索符合輸入和輸出參數(shù)的充電器，比較大量的數(shù)據(jù)手冊，以確定最佳解決方案。方案選擇的過程應(yīng)允許團(tuán)隊(duì)為應(yīng)用選擇最佳解決方案，當(dāng)然一旦設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生改變，則需重新回到數(shù)據(jù)手冊比較。

如果可以完全跳過此步驟會怎么樣呢?

假設(shè)電池充電器IC是個(gè)“黑匣子”

假設(shè)設(shè)計(jì)人員能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用解決方案，電池充電器IC就是一個(gè)黑匣子，在真正需要生成一個(gè)可行的解決方案時(shí)才放入實(shí)際的IC。這時(shí)，無論基本設(shè)計(jì)參數(shù)如何，設(shè)計(jì)人員只需要從現(xiàn)成產(chǎn)品中選取一個(gè)通用電池充電器IC即可。即使應(yīng)用參數(shù)發(fā)生變化(輸入切換、電池類型改變等)，現(xiàn)成的電池充電器IC仍然適用，無需再重新額外搜索數(shù)據(jù)手冊。

這個(gè)假設(shè)成立嗎?我們通過評估兩個(gè)截然不同的電池充電器來說明這個(gè)問題——

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)A的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)電池充電器，該產(chǎn)品需要太陽能面板輸入并為鉛酸電池充電。充電器必須是獨(dú)立的(沒有微控制器)，但應(yīng)該具有足夠的多樣性，可以支持幾種不同的太陽能面板型號。他們有一周的時(shí)間來完成原理圖設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)B有一個(gè)更復(fù)雜的充電器項(xiàng)目。他們的設(shè)計(jì)采用一個(gè)5 V USB電源，為一節(jié)鋰離子電池充電，電流為1.3 A，每節(jié)電池的端電壓為4.1 V。希望在47°C以上時(shí)，每節(jié)電池的充電電壓降至4 V、電流為0.5 A，并且在超過72°C時(shí)，充電停止。系統(tǒng)中的微控制器需要知道電池的電壓、電流、溫度和健康狀況。他們也是只有一周的時(shí)間完成原理圖設(shè)計(jì)。

圖1.這是兩個(gè)截然不同的電池充電系統(tǒng)：它們可以使用同樣的充電器IC嗎?

事實(shí)證明，兩個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)都可以使用相同的電池充電器IC，而且該器件可以說是兩個(gè)應(yīng)用的最佳選擇。

小尺寸、高性能的通用電池充電器IC讓假設(shè)成現(xiàn)實(shí)

ADI 公司Power by Linear 品牌下的35 V/3.2 A單芯片降壓充電器LTC4162既可以獨(dú)立工作，也可以與主控制器一起工作，可提供從基本到復(fù)雜的解決方案。該器件具備功能齊全的I2C遙測系統(tǒng)，可讓用戶有選擇性地監(jiān)控電池，并可根據(jù)電池型號實(shí)現(xiàn)自定義充電參數(shù)。真正的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法允許充電器針對任何高阻抗源(如太陽能面板)進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行。充電算法根據(jù)選擇的電池化學(xué)組成量身定制：鋰離子、LiFePO4或鉛酸。

LTC4162所有的功能整合在一個(gè)4mm × 5mm QFN封裝中，典型解決方案的尺寸約為1cm × 2cm。千萬不要因?yàn)樾〕叽缍�小看LTC4162，即使只使用集成開關(guān)FET，LTC4162也可以支持60W以上的充電功率。另外，LTC4162可利用芯片溫度的內(nèi)部熱量自監(jiān)控功能調(diào)節(jié)充電電流，因此，即使在最熱的環(huán)境或最小的外殼中也從來不會發(fā)生過熱現(xiàn)象。

圖2. LTC4162的應(yīng)用電路非常簡單，就如同一個(gè)功能齊全的開關(guān)電池充電器。

遙測和控制，通用電池充電器的絕對優(yōu)勢

雖然LTC4162可以在沒有主控制器的情況下運(yùn)行，但通過I2C端口仍然可以監(jiān)控和控制充電的許多方面。片內(nèi)遙測系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取系統(tǒng)與電池電壓和電流�？梢栽O(shè)置各種限值和警報(bào)，在測量值滿足某個(gè)可配置閾值或進(jìn)入特定充電狀態(tài)時(shí)通知主控制器。例如，當(dāng)電池電壓降至某個(gè)下限值時(shí)，常見的設(shè)計(jì)功能是進(jìn)入低功耗模式。但是LTC4162不需要微控制器不斷輪詢電池電壓，而是可以進(jìn)行監(jiān)控，并在達(dá)到這個(gè)限值時(shí)通知主控制器。此時(shí)，主機(jī)可以關(guān)閉主負(fù)載并進(jìn)入低功耗狀態(tài)。

圖3. LTC4162的集成遙測系統(tǒng)幾乎可以滿足任何監(jiān)控和警報(bào)要求。

遙測系統(tǒng)還能測量電池串聯(lián)電阻(BSR)，將其作為電池健康狀況的指標(biāo)。可將BSR測量設(shè)置為自動(dòng)運(yùn)行，并且可以配置警報(bào)，在BSR超出自定義的上限值時(shí)通知主控制器，此時(shí)，主機(jī)可以向用戶發(fā)出需要更換電池的信號。

當(dāng)輸入電源不可用并且系統(tǒng)由電池供電時(shí)，LTC4162會自動(dòng)關(guān)閉遙測系統(tǒng)以延長電池壽命。如果仍需要測量，遙測系統(tǒng)可以通過I2C命令強(qiáng)制執(zhí)行，此時(shí)，它進(jìn)入速率較慢的低功耗遙測模式，每5秒測量一次。如若需要，可以隨時(shí)將遙測速率設(shè)置為高速11ms/讀取速率。

根據(jù)電池的化學(xué)成分，實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)和定制

對于鋰基化學(xué)組成(鋰離子和LiFePO4)，LTC4162可采用JEITA溫控充電。JEITA規(guī)范允許用戶設(shè)置定制溫度范圍，在此溫度范圍中以自定義的電池充電電壓和電流為電池充電。這也使設(shè)計(jì)人員可以決定電池應(yīng)停止充電的高溫和低溫。默認(rèn)的JEITA設(shè)置適用于多種電池，無需主機(jī)處理器干預(yù)，而這一功能使LTC4162能夠滿足任何電池的溫度曲線要求。

類似地，對于鉛酸電池而言，溫度補(bǔ)償算法隨著溫度的升高會線性降低每個(gè)充電階段的目標(biāo)電壓。這些電壓可以通過I2C命令進(jìn)行失調(diào)設(shè)置，僅需改變熱敏電阻即可修改補(bǔ)償斜率。

此外，為了簡化設(shè)計(jì)和文檔，根據(jù)電池的化學(xué)組成、充電參數(shù)以及默認(rèn)情況下是否啟用MPPT，LTC4162分為不同版本。

表1. 18個(gè)IC版本為用戶的任何應(yīng)用提供最適用的器件

LTC4162的每個(gè)版本都引腳兼容，可以在原型設(shè)計(jì)期間與另一個(gè)版本互換。版本之間可以互換，采用不同化學(xué)組成的電池、充電電壓或輸入電源的產(chǎn)品均可使用相同的電路，從而簡化了產(chǎn)品創(chuàng)建。更重要的是，LTC4162的數(shù)據(jù)手冊基于不同的化學(xué)組成分成不同版本。鋰離子、LiFePO4和鉛酸電池各自有單獨(dú)的數(shù)據(jù)手冊。

結(jié)論

過去，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員要花一整天的時(shí)間閱讀各種電池充電器、電源監(jiān)視器以及太陽能調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)手冊，過去還需要花數(shù)小時(shí)為自定義溫度調(diào)節(jié)型充電算法編寫代碼，并手動(dòng)輪詢測量以檢測何時(shí)超出限值�，F(xiàn)在，他們可能只需考慮有一個(gè)通用電池充電器即可，而ADI 公司的Power by Linear LTC4162將會是最佳選擇。