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具集成型功率器件的I2C控制型电池电源管理IC

发布时间:2020-07-01 01:52:13 阅读: 来源:护目镜厂家

可采用任何 5V 电源给高容量电池充电,同时保持低运行温度

便携式电子产品设计人员面临着这样的挑战,就是要开发出既“无所不能”同时又可在一次电池充电之后“永久运行”的设备。虽然不可能完全解决这一难题,但电池技术的逐代升级进步至少是在逼近该目标。由于许多便携式设备目前已拥有了色彩鲜亮的大型触感显示屏、多内核 CPU 和图形处理器、以及各种各样用于在地球任何地方实现高速通信的无线调制解调器,因此高容量电池是不可或缺的。电池制造商已凭借容量超过 30瓦特-小时 (Wh) 的轻量紧凑型电池满足了上述要求。

虽然 USB 已成为设备互连、同步和数据交换的主导标准,但其功率输送能力却未能跟上电池的需求。USB 2.0 可允许 2.5W 的最大负载,USB 3.0 则将该限值提高至 4.5W。即使具有理想的效率,以及所有的电能都直接进入电池,采用 USB 的完整充电周期仍然需要整个夜晚。虽然 USB 不适合用作大容量电池的主电源,但在可能的情况下幸好有这电源,所以其仍然具有极大的价值,并且当设备与传统计算机相连时,就可避免电池消耗。

两全其美

LTC4155 是一款单片式开关电池充电器,可在紧凑的 PCB 占板面积内高效地提供 3.5A 充电电流。图 1 示出了典型应用中所需的组件。2.25MHz 开关频率允许使用小的电感器和旁路电容器,从而最大限度地缩减总体 PCB 占用面积。

图 1:I2C 控制型高功率电池充电器 / USB 电源管理器

即使在充电电流达几个安培的情况下,高效率 (图 2) 也是至关紧要的,不仅对于实现可用输入功率的最优利用,对于控制便携式设备内部的功率耗散也是如此。在严密封闭的空间里,高功率耗散与勉强合格的散热性能之组合将使一部采用低效充电解决方案的设备温度过高,用户拿在手里会很不舒服。为了帮助保持设备的低运行温度,LTC4155 的集成型电源开关具有远低于 100m? 的导通电阻。

图 2:开关稳压器效率

虽然 LTC4155 的电源开关规格是为处理高于 USB 限值的电流而确定的,但 LTC4155 保持了与 USB 规范的全面兼容性以便提供充电。输入电流在内部自动测量,并被限制为 16 种 I2C 用户可选值中的任一种。在这些设定值中,有 3 种对应于保证的最大限值:100mA 和 500mA (对于 USB 2.0) 以及 900mA (对于 USB 3.0)。另外,通过选择其他最大值高达 3A 的限流设定值中的任一种,自动输入电流限制功能还可与 AC 适配器或其他电源配合使用。

LTC4155 支持一个可通过引脚设置的上电默认输入电流。对于那些不需要具备 USB 兼容性的高功率应用,由连接至 CLPROG1 引脚的单个电阻器负责设置一个默认的上电输入电流。该电阻器的选择旨在对应一个最适合特定应用以及预期电源能力等的初始电流限值。在上电之后,输入电流限值可在 I2C 控制下修改为 16 种其他可用设定值 (高达 3A) 中的任一种。

对于 USB 应用,可以把 CLPROG1 和 CLPROG2 引脚连接在一起,以将 LTC4155 设置为实施 USB 限流规则。当施加外部电源时,输入电流限值将默认为 100mA。在采用 USB 主机控制器进行了成功的枚举之后,输入限流设定值可在 I2C 控制之下适当地增加至 500mA 或 900mA。图 3 示出了至系统负载和电池充电器的可用电流。请注意,开关稳压器输出电流大于 USB 规范所限制的输入电流。假如系统检测出电源是一个 AC 适配器、专用 USB 充电器、或其他非 USB 型电源,则输入限流设定值可在 I2C 控制下增加至任何其他设定值 (可高达 3A)。

图 3:符合 USB 规范的可用负载电流 (在电池放电之前)

多个输入连接器的无缝处理

LTC4155 可选择接受来自两个电源的输入之一,从而解决了巧妙地将电源从两个不同的物理连接器传送至产品的难题。当两个输入电源同时连接时,使用哪个电源的决定基于一种可由用户自行设置的优先级。只要每个输入电压都处在有效的工作范围之内,那么选择其中任何一个都是可以的,无需理会究竟哪个的电压更高。例如:这使得一个 4.5V/2A AC 适配器的优先级高于一个 5V/500mA USB 端口。如果 USB 连线被移除,而将一个 5V/3A AC 适配器连接至相同的端口,则输入电源优先级可通过 I2C 进行修改,以切换至功率较高的新电源。

LTC4155 支持其两个电源输入各具有独立的 I2C 可编程输入电流限值。当优先级较高的输入电源断接时,充电将会不间断地继续进行,并自动减小至新的较低最大输入电流限值。无需系统微控制器直接干预处理。

视针对输入多路复用器所选择的外部组件的不同,如果应用需要,则可轻松实现高达 ±77V 的过压和反向电压保护。此外,LTC4155 还能为 USB 连接器产生一个 USB On-The-Go 5V电流限制电源,而无需使用任何附加的外部组件。

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