55V 高效降壓－升壓電源管理器和多化學(xué)電池充電器

汽車子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師不斷努力尋找創(chuàng)新的方法來(lái)延長(zhǎng) EV 的續(xù)航里程并縮短充電時(shí)間。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的過(guò)程中，他們將基于硅的技術(shù)在尺寸、重量和電源效率方面推向物理極限，因而需要轉(zhuǎn)向碳化硅（SiC）來(lái)幫助其應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

如今，電池充電器有望輕松支持各種電池化學(xué)成分并接受一系列電壓輸入，包括范圍廣泛的太陽(yáng)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(lái)越普遍，需要降壓和升壓能力（降壓-升壓拓?fù)洌TC4020 降壓-升壓電源管理器和多化學(xué)電池充電控制器可以采用 4.5V 至 55V 的寬范圍輸入并產(chǎn)生高達(dá) 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(tǒng)電壓。

該充電器可輕松針對(duì)各種電池化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)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(tǒng)的定時(shí)終止，具有定時(shí)終止的恒流 (CC) 特性，或優(yōu)化的 4 步、3 級(jí)鉛酸充電曲線。

用于 25.2V 電池浮動(dòng)電壓的 6.3A 充電器

圖 1 顯示了一個(gè) 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(gè)電感器 (L1) 的高效 4 開(kāi)關(guān) (M2–M5) 同步降壓-升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。專有的平均電流模式架構(gòu)使用兩個(gè)檢測(cè)電阻器（R CBRT1和 R CBRB1）來(lái)監(jiān)控電感器電流。在此降壓-升壓解決方案中，當(dāng) V IN 高于 V OUT時(shí)，轉(zhuǎn)換器以降壓（降壓）模式運(yùn)行；當(dāng) V IN 低于 V OUT時(shí)，轉(zhuǎn)換器工作在升壓（升壓）模式。當(dāng) V IN 接近 V OUT時(shí)，轉(zhuǎn)換器以 4 開(kāi)關(guān)降壓-升壓模式運(yùn)行。

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

該轉(zhuǎn)換器以 50kHz 至 500kHz 范圍內(nèi)的可編程恒定開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行，由一個(gè)電阻器設(shè)置 (R13 = 100k，250kHz)。圖 1 所示的解決方案可為系統(tǒng)負(fù)載提供高達(dá) 8A 的電流 (V OUT = 25.2V)。圖 2 顯示滿負(fù)載效率（I OUT = 8A，V IN = 24V）可以達(dá)到 98% 以上。

LTC4020 使用一個(gè)來(lái)自 BAT 引腳的外部反饋電阻分壓器來(lái)通過(guò) V FB 引腳設(shè)置電池電壓?！癙owerPath”FET (M1) 在正常電池充電期間導(dǎo)通，盡可能在電池和降壓-升壓轉(zhuǎn)換器輸出之間形成低阻抗連接。電池充電電流通過(guò)檢測(cè)電阻器 (R CBAT1 ) 進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)選擇 R CBAT1的值，可以輕松設(shè)置平均電池充電電流?？赏ㄟ^(guò) RNG/SS 引腳進(jìn)行動(dòng)態(tài)限流調(diào)整。

PowerPath FET 的瞬時(shí)接通和理想二極管功能

對(duì)于嚴(yán)重放電的電池，LTC4020 可自動(dòng)將 PowerPath FET（圖 1 中的 M1）配置為線性穩(wěn)壓器，從而允許降壓-升壓轉(zhuǎn)換器輸出升至高于電池電壓，同時(shí)仍向電池提供充電電流。此功能稱為 PowerPath 瞬時(shí)啟動(dòng)，此時(shí) PowerPath FET 充當(dāng)高阻抗電流源，為電池提供充電電流。

當(dāng)電池充電器不在充電周期時(shí)，LTC4020 自動(dòng)將 PowerPath FET 配置為理想二極管——也就是說(shuō)，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器專門(mén)為系統(tǒng)負(fù)載工作。這允許電池在正常操作中保持與轉(zhuǎn)換器輸出的斷開(kāi)連接。然而，如果系統(tǒng)負(fù)載電流超過(guò)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的容量，則可以通過(guò)這個(gè)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(shí)器的充電算法——一個(gè)連接在 TIMER 引腳和地之間的電容器對(duì)循環(huán)時(shí)間的結(jié)束進(jìn)行編程。

LTC4020 具有電池溫度監(jiān)視和控制功能。通過(guò)將 NTC（負(fù)溫度系數(shù)）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(jiān)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(fā) NTC 故障并停止電池充電。

LTC4020 的 V IN_REG 引腳允許輸入電壓調(diào)節(jié)。該引腳可用于為太陽(yáng)能電池板設(shè)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(gè)集電極開(kāi)路輸出 STAT1 和 STAT2，用于充電器狀態(tài)和故障情況。這兩個(gè)引腳是二進(jìn)制編碼的。

結(jié)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(xué)電池充電器，支持高于、低于或等于輸出電池或系統(tǒng)電壓的輸入電壓。其薄型 (0.75mm) 耐熱增強(qiáng)型 38 引腳 5mm × 7mm QFN 封裝適用于便攜式工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)、軍用通信設(shè)備以及 12V 至 24V 嵌入式汽車系統(tǒng)。