便攜式電子產品的設計人員面臨的挑戰是創建在一次電池充電的情況下無休止地運行所有功能的設備。雖然不可能完全應對這一挑戰，但每一代電池至少都更接近這一目標。隨著設備現在采用大型充滿活力的觸摸感應顯示器、多核 CPU 和圖形處理器，以及用于全球任何地方高速通信的各種無線調制解調器，高電池容量至關重要。電池制造商已經通過容量超過30瓦時的輕巧緊湊電池滿足了需求。

雖然USB已成為設備互連，同步和數據交換的主要標準，但其供電能力并未跟上電池需求的步伐。USB 2.0 允許最大 2.5W 負載，而 USB 3.0 將限制擴展到 4.5W。即使具有完美的效率并且所有電力都直接流向電池，通過USB進行完整的充電周期也需要一夜之間，然后是一些時間。雖然USB不適合作為大容量電池的主要電源，但它仍然具有很大的價值，作為一種機會主義的電源，可以在可能的情況下充電，并在設備連接到傳統計算機時防止電池耗盡。

兩全其美

LTC?4155 是一款單片式開關電池充電器，可在緊湊的 PCB 占板面積內高效提供 3.5A 充電電流。圖1顯示了典型應用中所需的組件。2.25MHz 開關頻率允許使用小型電感器和旁路電容器，以最大限度地減小整體 PCB 占板面積。

圖1.我2C控制大功率電池充電器/USB電源管理器。

即使在多安培充電速率下，高效率（圖 2）不僅對于優化利用可用輸入功率至關重要，而且對于控制便攜式設備內部的功耗也至關重要。在緊密封閉的空間中，高功耗和邊際熱性能的結合會使具有效率較低的充電解決方案的設備太熱而無法舒適地握持。為了幫助保持冷卻，LTC4155 的集成電源開關具有一個遠低于 100mΩ 的導通電阻。

圖2.開關穩壓器效率。

雖然 LTC4155 的電源開關的尺寸能夠處理比 USB 提供的電流更高的電流，但 LTC4155 仍然完全與 USB 兼容，以實現機會性充電。輸入電流在內部自動測量，并限制在十六個I中的任何一個2C 用戶可選值。在這些設置中，三個對應于 USB 2.0 的保證最大限值為 100mA 和 500mA，USB 3.0 的保證最大限值為 900mA。自動輸入電流限制也可以與交流適配器或其他電源一起使用，方法是選擇任何其他電流限制設置，最大可達 3A。

LTC4155 支持一個引腳可編程的上電接通默認輸入電流。對于不需要USB兼容性的高功率應用，連接到CLPROG1引腳的單個電阻器可設置默認的上電輸入電流。選擇該電阻器以對應于最適合特定應用、預期電源能力等的初始電流限制。上電后，輸入電流限值可在I下修改2C 控制到其他 16 種可用設置中的任何一種，最高可達 3A。

對于 USB 應用，可將 CLPROG1 和 CLPROG2 引腳連接在一起，以便對 LTC4155 進行編程，以強制執行 USB 電流限制規則。施加外部電源時，輸入電流限值將默認為100mA。使用USB主機控制器成功枚舉后，輸入電流限制設置可以在I2C控制至500mA或900mA視情況而定。圖3顯示了系統負載和電池充電器的可用電流。請注意，開關穩壓器的輸出電流高于USB限制輸入電流。如果系統檢測到電源是交流適配器、專用 USB 充電器或其他非 USB 電源，則可以在 I 下增加輸入電流限制設置2C 控制到任何其他設置，最高可達 3A。

圖3.在電池放電前提供符合 USB 標準的負載電流。

無縫處理多個輸入連接器

LTC4155 任選地接受來自兩個電源的輸入，從而解決了將電源從兩個不同的物理連接器智能路由到產品的挑戰。當兩個輸入源同時連接時，使用哪個源的決定基于用戶可編程的優先級。只要每個輸入電壓都在有效工作范圍內，就可以選擇任何一個，而不必擔心哪個電壓高于另一個。例如，這允許 4.5V/2A 交流適配器優于 5V/500mA USB 端口。如果取消了USB連接，并且將5V/3A交流適配器連接到同一端口，則可以通過I修改輸入源優先級2C 切換到新的更高電源。

LTC4155 支持獨立的 I2C 可編程輸入電流限值，適用于其兩個電源輸入中的每一個。當更高優先級的輸入源斷開連接時，充電可以不間斷地繼續，并自動降低到新的最大輸入電流下限。系統微控制器無需立即注意。

根據為輸入多路復用器選擇的外部元件，如果需要應用，可以輕松實現高達 ±77V 的過壓和反向保護。此外，LTC4155 能夠利用額外的外部組件為 USB 連接器提供一個 USB 行駛中的 5V 限流電源。

廣泛的可編程性和遙測功能，適用于高級充電算法

LTC4155 提供了連續 I2C 狀態報告，允許系統軟件全面了解輸入電源的狀態、故障條件、電池充電循環狀態、電池溫度和其他幾個參數。

按鍵電荷參數可在 I 下更改2C 控制實現自定義充電算法。與基于微控制器或其他可編程充電算法不同，軟件 I 下提供所有可能的 LTC4155 設置2C 控制對電池本質安全。浮動電壓永遠不能設置為高于4.2V或低于4.05V。類似地，電池充電電流可編程為 15 種可能設置之一，但軟件可能永遠不會通過選擇與電池容量和最大充電速率相匹配的編程電阻將限值提高到設計人員設置的水平以上。

連續的電池溫度數據可供系統軟件使用，以動態調整系統或充電器行為，以管理極端操作角落。例如，浮動電壓和/或充電電流可能會降低到I2C 控制可提高高環境溫度下的電池安全裕度。同樣，可以響應高溫降低充電電流或總系統負載電流，以減少產品外殼內的額外熱量。

與電池充電器可編程性的所有其他方面一樣，LTC4155 實現了本質安全型充電解決方案，無需（或盡管）任何軟件干預。當電池溫度降至 0°C 以下或升至 40°C 以上時，電池充電始終暫停。 此外，當電池溫度升至60°C以上時，可以選擇產生故障中斷。 圖 4 示出了 LTC4155 電池溫度數據轉換器的傳遞函數，其中突出顯示了自主充電器截止溫度門限。

圖4.LTC4155 電池溫度數據轉換器的傳遞函數，并突出顯示了自主充電器切斷溫度門限。

電源路徑瞬時接通操作

在大多數便攜式產品直接連接到電池的傳統電源架構中，沒電的電池可能特別麻煩。當電池電壓太低而系統無法運行時，即使在連接到輸入電源幾分鐘后，產品也可能出現無響應，這可能會產生不必要的支持電話。當電池容量相對于可用充電電流非常大時（例如，具有大容量電池的USB供電系統），問題會進一步復雜化。

凌力爾特電源路徑?LTC4155 等產品將系統電源軌與電池去耦，以實現瞬時接通操作，并解決由深度放電電池引起的兩個最棘手的問題。

第一個問題是，當系統電源軌直接連接到電池時，充電電流和系統負載變得難以區分。當電池深度放電時，電池制造商建議大大降低初始充電電流，直到電池電壓達到更安全的水平。該涓流充電電流必須設置為電池的安全水平，假設系統負載電流最小或沒有系統負載電流。

其次，在直連電池系統中，如果系統在涓流充電期間運行，則用于電池的充電電流的很大一部分被分流到系統軌。由此降低的電池充電電流按比例延長了恢復時間。相當大的系統負載會導致電池凈電流反轉，從而進一步使電池放電。在此低電池電量條件下，由于系統電源軌上的電壓不足，筆記本電腦可能無法響應用戶。由于公共連接的電池和系統電源軌的可用功率降低，無響應的持續時間至少乘以 10 倍。

當電池深度放電時，LTC4155 向系統電源軌提供 3.5V 電壓，以實現即時啟動。隨著電池電壓在預充電階段上升，LTC4155 可無縫且自動地轉換到一種高效率模式，以加快充電速度并最大限度地減少熱量產生。圖5顯示了系統電源軌可用的電壓與電池電壓的函數關系。

圖5.V外電壓與電池電壓。

LTC4155 電池充電電流的設置獨立于輸入電流限值，以將電池充電電流約束與輸入功率限制去耦。輸入電流限值只能根據輸入電源的限制進行編程。類似地，電池充電電流可以僅基于電池容量進行編程。LTC4155 始終執行輸入電流限制，并在必要時優先于電池充電，從而優先于系統負載的電源。

面對非理想來源時堅固耐用

LTC4155 具有在輸入電壓開始下降到一個不可接受的水平時自動降低輸入電流的功能。在高充電電流水平下，當通過尺寸過小的電線、尺寸過小的適配器、通過輕度腐蝕的連接器或通常設計范圍之外的任意數量的條件進行連接時，可能會發生這種情況。

如果不進行干預，IC的輸入電壓將繼續下降，最終降至欠壓閉鎖門限以下。然后IC關斷，允許輸入電壓恢復并重新啟動整個周期。LTC4155 充分利用了糟糕的情況。當輸入電壓降至 4.3V 時，LTC4155 可平穩地降低其輸入功率所需的任何量，以防止輸入電壓進一步衰減。在這種模式下，輸送到系統負載和電池的電流小于編程量，但如果允許輸入電壓振蕩繼續，則大于可用值。此外，LTC4155 還產生了一個 I2C 狀態報告和可選的中斷信號，用于提醒系統最終用戶可能需要采取糾正或診斷措施以恢復最大充電電流能力。

結論

LTC4155 將高電流能力和效率與一個小的單片式 PCB 占板面積相結合，非常適合于電路板空間非常寶貴且熱量和充電時間是敵人的大型鋰電池的便攜式設備。USB 兼容輸入電流限制設置進一步擴展了多功能性，允許從無處不在但功耗較低的電源進行機會充電。廣泛的遙測允許基于不斷變化的環境或應用條件的自定義行為，而不會影響自主電池的安全性。盡管存在電池深度放電或電阻性尺寸過小的輸入電源線等常見問題，仍可將不間斷電源輸送到系統電源軌。LTC4155 采用 28 引腳 4mm × 5mm QFN 封裝。

審核編輯：郭婷