快速速率锂离子电池充电器

Goran Perica

笔记本电脑的最新趋势是增加电池工作时间和更快的处理器速度。这两个要求，加上对更快电池充电（1-2小时）的需求，给电池充电电路和墙上适配器带来了压力。典型的笔记本电脑系统配置如图1所示。

图1.典型的笔记本电脑电源。

墙上适配器通常是 AC/DC 转换器，在 20A–3A 负载电流下具有 4V 输出。当笔记本电脑运行时，系统可能会消耗来自墙上适配器的所有可用电流，没有剩余的电量为电池充电。但是，一旦系统的电源要求低于墙上适配器的电流限制，电池充电就可以恢复。为了在尽可能短的时间内为电池充电，一旦系统有任何剩余电流，就应该立即开始充电。理想的情况是当电池充电电流和系统电流之和略低于墙上适配器的电流限制时：

我在哪里IN_MAX是墙上适配器电流限制，I.SYS是系统负载电流和I充电器是电池充电器电流。

为了实现这一目标，有必要调整电池充电器电流，使两个电流的总和略低于最大可用输入电流IIN_MAX.LT1505 集成了一种获得专利的电池充电器输入电流限制功能以及提供一款完整的单芯片电池充电电路解决方案所需的其他功能。

LT1505 特性

LT®1505 是一款恒定电流 （CC）、恒定电压 （CV） 模式开关电池充电器电路，具有以下特性：

0.5% 电压基准

5% 输出电流调节

输出电压预设为 3 节或 4 节锂离子电池（12.3V、12.6V、16.4V 和 16.8V）

输出电压可在 1V 至 21V 范围内编程

低电压在-to-V外工作电压（压差 <0.5V）

可编程交流墙上适配器电流限制

可编程峰值电池充电电流

电池漏极 <10μA （停机模式）

94% 效率

电路说明

LT®1505 是一款采用 N 沟道 MOSFET 的同步降压型转换器。LT1505 的工作频率为 200kHz，并能够同步至一个频率高于 240kHz 的外部时钟。LT1505 IC 具有一个欠压闭锁电路，该电路可检测一个输入电源的存在并启用电池充电。一旦超过欠压锁定，PWM 将开始运行，输入 MOSFET M3 接通，从而降低其内部体二极管 D 两端的压降身体（见图2）。

图2.4A 锂离子电池充电器。

LT1505 监视来自墙上适配器的电流并控制电池充电器电流。例如，如果将 3A、20V 墙上适配器与 12.6V 锂离子电池组一起使用，则当系统关闭时，电池充电电流峰值可以设置为：

　　其中IBATT MAX是系统空闲时的最大电池充电电流，η是电池充电器的效率，VIN是墙上适配器输出电压，VBATT是电池充电电压。

　　假设效率为90%，上述示例可以提供超过4A的电池充电电流。LT1505 将在系统电流超过 （IIN_MAX – ICHARGER） 时立即减小电池充电电流。例如，如果使用 20V、3A 的墙上适配器，并且系统从适配器吸收 2A 电流，则为电池充电的可用电流将为 ICHARGER = 1A。由此产生的电池充电电流IBATT将为：

或

　　来自墙上适配器的输入电流通过电流检测电阻 RS4。输入电流的一部分进入系统负载，其余部分进入 LT1505 电池充电器。RS4 两端的压降由一个门限为 90mV 的电流比较器监控。一旦达到 90mV 的门限，LT1505 将减小编程的电池充电电流，从而使峰值输入电流不超过预设限值。因此，最大输入电流（IIN_MAX）将为：

　　其中 ISYSTEM 是系统负载电流，ICHARGER 是 LT1505 电池充电器电流，RS4 是电流检测电阻器。当图2中的电阻值为0.025Ω时，输入电流限值IIN_MAX将设置为3.6A。

　　电池充电电流限制由 RPROG、RS1 和 RS2 设置，为：

　　其中VPROG是2.465V的参考电压。图2中的值是针对4A的电流限值（IBAT_MAX）选择的。将RS1更改为0.050Ω会将IBAT_MAX设置为2A。

　　此外，峰值电池充电电流（IBAT_MAX）可由主机编程。如果RPROG被电阻网络取代，则IBAT_MAX可以设置为0.25A的增量，如图3所示。

图3.电池充电电流编程。

图2中的电池充电器通过同步操作和输入功率FET实现了高效率。效率高达94%，如图4所示。

图4.4V 输入时效率为 12A、6.20V 电池充电器。

印刷电路板布局

布置PCB时，建议采用多层布局，其中一层作为实心接地层。LT1505 和与之相关的低功率组件应尽可能靠近。此外，所有电源组件应放在一起，并靠近LT1505控制电路。目标是使所有高功率开关电流尽可能本地化。连接到接地层的元件应尽可能靠近连接到接地层的引脚放置过孔。此外，电源组件应具有更大或多个连接到接地层的过孔。避免以输入和输出电流流过 LT1505 IC 的方式放置电源组件。此外，为了保持较低的元件温升，请尽可能多地使用铜。将多边形平面用于高功率网络，例如连接到 V 的平面在/ 5抄送、SW、V.BAT图2中的GND将有助于散热，并降低导体和MOSFET的功耗。

其他应用

LT1505 还可用于其他系统拓扑，例如图 5 所示的电信应用。图5中的电路使用电池来满足峰值功率需求。这样，墙上适配器所需的峰值功率可以远低于负载所需的峰值功率。墙上适配器只需提供平均功率。

图5.典型的电信应用。

结论

LT®1505 是一款完整的单芯片电池充电器解决方案，可满足当今高性能笔记本电脑应用中苛刻的充电要求。该器件需要少量外部元件，并提供电池充电和电源管理所需的所有功能。高效率和小尺寸允许与笔记本电脑电路轻松集成。此外，通过添加简单的外部电路，主机可以轻松控制充电，从而实现更复杂的充电方案。

审核编辑：郭婷