LTC1960：双电池充电器/选择器的卓越之选

在电子设备的设计中，电池管理系统至关重要，尤其是对于需要双电池供电的便携式产品。LTC1960作为一款高度集成的双电池充电器/选择器，为工程师们提供了强大而可靠的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：LTC1960.pdf

一、LTC1960的特性亮点

1. 完整的双电池系统

LTC1960构成了一个完整的双电池充电器/选择器系统，通过串行SPI接口，外部微控制器能够对两个电池的状态进行控制和监测，为电池管理提供了极大的便利。

2. 延长运行时间与缩短充电时间

• 同时放电：双电池同时放电可将运行时间典型延长10%，有效提高了设备的续航能力。
• 同时充电：双电池同时充电能将充电时间最多缩短50%，大大提高了充电效率。

3. 快速切换与过流保护

• 自动PowerPath™切换：在小于10µs的时间内自动切换电源，防止电源中断，确保设备稳定运行。
• 断路器保护：具备过流保护功能，5%精度的适配器电流限制可使充电速率最大化。

4. 高效充电与低噪声设计

• 高效同步降压充电器：充电效率高达95%，且具有低至0.5V的压降，减少了能量损耗。
• 无噪声设计：即使使用陶瓷电容，也不会产生可听噪声，为设备的安静运行提供保障。

5. 高精度DAC

• 11位VDAC：提供0.8%的电压精度，确保充电电压的精准控制。
• 10位IDAC：提供5%的电流精度，实现充电电流的精确调节。

6. 宽电压范围与多种封装

• 宽电压输入输出：输入电压(V{IN})最高可达32V，电池电压(V{BATT})最高可达28V，适应多种电源和电池类型。
• 多种封装形式：提供5mm × 7mm 38引脚QFN和36引脚窄SSOP封装，满足不同的PCB布局需求。

二、典型应用场景

LTC1960适用于多种便携式设备，如便携式计算机和便携式仪器等。在这些设备中，它能够有效地管理双电池的充电和供电，确保设备的稳定运行。

三、电气特性详解

1. 电源与参考特性

• DCIN工作范围：DCIN选择时，工作范围为6V - 28V。
• DCIN工作电流：不充电时为1 - 1.5mA，充电时为1.3 - 2mA。
• 电池工作电压范围：电池选择且PowerPath功能开启时，为6V - 28V。
• 电池漏电流：电池选择且不充电，(V_{DCIN}=0V)时，为175µA。

2. 开关调节器特性

• 整体电压精度：在5V ≤ (V_{OUT}) < 25V时，为±0.8% - ±1%。
• 整体电流精度：IDAC值为3FF HEX，(V{CSP})，(V{CSN}=12V)时，为±5% - ±6%。
• 调节器开关频率：正常模式为255 - 345kHz，低压差模式下为20 - 25kHz。

3. 其他特性

还包括DAC分辨率、开关时间、阈值电压等一系列电气特性，这些特性共同保证了LTC1960的高性能和稳定性。

四、引脚功能介绍

LTC1960的引脚功能丰富，涵盖了输入电源、电池充电、外部电源供应、内部电源供应和数字接口等多个方面。

1. 输入电源相关引脚

• SCN和SCP：用于PowerPath电流传感，检测短路电流事件。
• GDCO和GDCI：驱动DCIN输入和输出开关的栅极。
• GB1O、GB1I、GB2O、GB2I：分别驱动BAT1和BAT2输入和输出开关的栅极。

2. 电池充电相关引脚

• (V_{SET})：为充电器提供电池电压反馈。
• ITH：控制电流模式PWM内循环的信号。
• ISET：用于过滤delta - sigma IDAC的高频分量。
• CSN和CSP：测量充电电流。
• COMP1：用于放大器CL1的补偿。
• BGATE和TGATE：驱动电池充电器降压转换器的MOSFET。
• BOOST：为顶部浮动驱动器供电。

3. 外部电源供应引脚

• (V_{PLUS})：通过内部二极管连接到DCIN、SCN、BAT1和BAT2引脚。
• BAT1和BAT2：连接两个电池，为LTC1960供电并提供电压反馈。
• LOPWR和DCDIV：用于监测系统电源状态。
• DCIN：外部直流电源输入。

4. 内部电源供应引脚

• GND：低功率电路的接地引脚。
• PGND：BGATE驱动器的高电流接地返回引脚。
• (V_{CC})：内部调节器输出，需用2µF - 4.7µF电容旁路。

5. 数字接口引脚

• SSB、SCK、MISO和MOSI：构成SPI接口，用于与外部微控制器通信。

五、工作原理剖析

1. 整体架构

LTC1960由电池充电器控制器、充电MUX控制器、PowerPath控制器、SPI接口、10位电流DAC（IDAC）和11位电压DAC（VDAC）组成。与低成本微处理器配合使用，可形成完整的双电池充电器/选择器系统。

2. 电池充电器控制器

采用恒定关断时间、电流模式降压架构。通过多个控制环路，如平均电流控制环路、误差放大器EA和放大器CL1等，实现对充电电流和电压的精确控制。同时，具备过压保护和充电抑制功能，确保充电过程的安全和稳定。

3. 充电MUX开关

充电MUX开关能够实现双电池同时充电，根据电池的相对容量和电压自动分配充电电流。当CSN电压与电池电压满足一定条件时，开关会开启或关闭，防止反向电流流动。

4. PowerPath控制器

通过SPI接口控制PowerPath开关的开启和关闭。当系统电压下降时，能够自动切换到最高电压的电源，确保系统的稳定供电。同时，具备短路保护和快速PowerPath关断功能，提高了系统的安全性。

5. SPI接口

SPI接口用于与外部微控制器通信，可写入内部PowerPath寄存器、充电器控制寄存器、电流DAC和电压DAC，也能读取内部状态寄存器。SPI通信有1字节和2字节两种写入命令以及2字节读取命令，确保了通信的准确性和可靠性。

六、应用信息指南

1. 自动电流共享

在双并行充电配置中，LTC1960可根据电池的容量自动分配充电电流，使两个电池同时达到满容量状态。但实际电流共享会受到电池实际容量的影响，可能与制造商声称的容量有所不同。

2. 适配器限流

LTC1960能够自动调整充电电流，避免过载适配器。通过放大器CL1监测适配器输出电流，当超过预设电流限制时，会降低充电电流，确保适配器的安全运行。

3. 看门狗定时器

充电开始后，若在看门狗定时器到期前未更新充电器寄存器，充电将停止。因此，需要以高于每秒一次的速率重复向充电器寄存器传输数据，以保证充电的持续进行。

4. 电池充电相关问题

• 充电耗尽电池：对于内部有保护开关的电池，当电池电压低于5V时，可使用IDAC的低电流模式进行预充电，待电池检测到充电后，再切换到正常模式。
• 不同电池充电：在双充电模式下，对于不同充电终止电压的电池，应先选择最低终止电压的电池进行充电，待电流流动后再切换到双充电模式。
• 充电终止问题：对于采用恒流充电和基于电压的充电终止方式的电池，可能会因适配器限流导致充电电流降低。此时，建议禁用输入限流功能。

5. 元件选择

• 输出电流限制：通过(R{SNS}=0.1023 / I{MAX})设置IDAC的满量程输出电流。
• 电感选择：较高的工作频率可使用较小的电感和电容值，但会降低效率。建议将纹波电流设置为(Delta I{L}=0.4(I{MAX}))，且不超过(0.6(I_{MAX}))，最低电感值建议为10µH。
• MOSFET和二极管选择：选择逻辑级阈值MOSFET，注意(BvDss)规格。根据(R{DS(ON)})、(C{RSS})、输入电压和最大输出电流等因素选择合适的MOSFET。对于肖特基二极管，1A的二极管适用于4A调节器。
• 电容选择：输入电容需有足够的纹波电流额定值，可选择固体钽电容或其他高容量陶瓷电容。输出电容需吸收输出开关电流纹波，可根据公式计算电容电流。

6. PCB布局考虑

为了实现最高效率和减少电磁干扰，PCB布局应遵循以下原则：

• 保持高频环路路径尽可能小而紧凑，避免使用过孔，将高频环路置于单个外部PCB层。
• 平行布置长电源走线，以实现最大电容耦合和共模噪声抑制。
• 在开关电路下方使用接地平面，以减少电容平面间的噪声耦合。
• 分离信号或模拟接地，并通过单点连接将其连接到电源输出地。
• 为(R_{SENSE})提供Kelvin连接，以提高电流编程精度。

七、总结

LTC1960凭借其丰富的特性、高性能的电气参数和灵活的工作模式，为双电池管理提供了全面而可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们需要根据具体的设计需求，合理选择元件并优化PCB布局，以充分发挥LTC1960的优势。大家在使用LTC1960的过程中，有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。