用于備用電源的最常見電源是電池。在備用電源系統中，通過持續監控電池的健康狀況和充電狀態，了解電池是否隨時準備就緒且可靠非常重要。智能電池是目前可以滿足這些要求的最佳行業標準系統。

智能電池系統（SBS）的兩個重要特點是它們與電池化學成分無關，并提供內置的電量計。由于充電系統不再承擔充電監控和應用特定化學充電算法的負擔，因此充電器本身可以是真正的通用，接受任何智能電池，無論類型或容量如何。主機系統只需提供智能電池充電器即可保證健康的電池保持充滿電狀態并檢測到損壞的電池。

這無疑簡化了充電器設計。同一充電器無需修改即可在各種產品中使用。它還簡化了現場和工廠升級到不同的化學品或更高的容量。

LTC?4100 智能電池充電器主要針對高功耗便攜式產品（如筆記本電腦）中的大電池配置。許多新產品不需要 LTC4100 的高電壓能力，但仍需要 SBS 系統的所有優勢。LTC?4101 是 LTC4100 智能電池充電器的一個特殊版本，其經過優化以在低于 5.5V 的電池電壓下工作，同時保留了 LTC4100 節省空間的優勢。

LTC?4101 智能電池充電器

LTC?4101 是一款緊湊型智能電池充電器，專為低于 5.5V 的電池電壓而優化。它通過減小外部元件的尺寸來縮小整體電路尺寸。例如，它利用了緊湊型陶瓷電容器節省空間的功能，同時避免了任何可聞的噪音。它還工作在 300kHz 的高開關頻率，因而允許使用非常小、低成本的電感器。電感值可在 4A 和 4.7V 輸入時低至 5μH。

圖1.具有 2A 輸入電流限制和 1A 充電功率的充電器。

LTC?4101 是一款符合智能電池充電器 V2.1 和 SMBus V1.1 標準的 1 級 （從屬） 智能電池充電器。輸入電壓范圍為 6V 至 28V，而輸出電壓范圍為 3V 至 5.5V。電流精度分別為10%和11.5%的0位電流DAC和8位電壓DAC提供精密充電能力。頂部 P 溝道 MOSFET 可實現 98% 的最大占空比，從而顯著減少器件總數和 IC 引腳數，同時保持超過 95% 的效率（參見圖 2）。

圖2.單節鋰離子電池電壓下的效率。

LTC4101 還提供了許多獨特的功能，包括一個電流限制和電壓限制系統，該系統可防止 SMBus 數據損壞錯誤產生有害的充電值。獲得專利的SMBus加速器1提高高電容走線中的數據速率，同時防止總線噪聲損壞數據（見圖3）。

圖3.內置 SMBus 加速器可提高上升時間性能和噪聲容限。

圖1所示為典型的緊湊型單電池充電器。該電路可為電池充電高達1A，并連續開關至零負載電流。LTC4101 能夠提供高達 4A 的充電電流。其他功能包括：

交流電信號具有精度為 3% 的用戶可調跳變點

一種安全信號電路，可抑制由于突然出現高充電電流引起的接地反彈而導致的誤熱敏電阻跳閘

直流輸入 FET 二極管電路，可防止電池電流倒流到墻上適配器或直流電源

超快過壓比較器電路，可在充電過程中電池突然取出或斷開時防止電壓過沖。

VLIM 和 ILIM 設置，用于保護電池免受 SMBus 通信中出現數據損壞錯誤時可能發生的過電壓或電流情況的影響。

輸入限流檢測電路2用于限制充電電流，以防止墻上適配器在系統功率增加時過載。

陶瓷電容器減小尺寸并提高可靠性

近年來最大的節省空間的變化之一是使用高電容和電壓（高C / V）陶瓷電容器。在開關穩壓器應用中，陶瓷的低ESR允許它們處理每微法拉相對較大的紋波電流，同時保持相對便宜的價格。電池充電器可以獲得同樣的好處，只要它們的反饋回路在陶瓷電容器下保持穩定。

陶瓷有其獨特的挑戰，例如壓電特性，如果存在具有可聽頻率的交流電流，則會導致可聽噪聲。這種頻率可能發生在電池充電器的兩個極端負載下：低壓差和輕負載。

電池充電器的墻上適配器電壓通常僅比峰值電池電壓高幾伏。根據設計，當充電器接近 100% 占空比時，開關頻率在到達直流的途中會通過可聽范圍。或者，充電電流低于PWM控制器維持穩壓能力的情況可能會導致開關周期不連續或周期跳躍。周期跳躍開關周期可能發生在可聽范圍內。這通常發生在電池在充電過程中暫時斷開自身以評估終止條件，從而迫使充電電流為零時。陶瓷電容器將周期跳躍或低壓差開關活動轉換為可聞噪聲。LTC4101 通過在所有負載 （甚至 0A） 下連續切換來避免此問題。

高開關頻率使電感器保持較小

充電器系統設計人員經常需要降低電感值，以利用更小尺寸的組件。問題在于，給定開關頻率下的電感越小，電感紋波電流就越大，從而增加了輸出電容的尺寸。但是，如果開關頻率與電感的降低成正比，則輸出電容可以保持不變。LTC4101 在 300kHz 的開關頻率下工作，因而允許使用纖巧、扁平的電感器。

結論

LTC?4101 智能電池保留了與 LTC4100 相同的緊湊外形尺寸優勢，同時針對需要備用電池的緊湊型產品中可以找到的低電壓電池組進行了優化。

審核編輯：郭婷