鋰離子電池技術的進步繼續生產出容量和能量密度更高的電池。充電/放電速率能力也在上升，有時達到多個C速率（C是以安培小時表示的電池容量的標準指示符）。這些技術正在進入消費、汽車、醫療和工業市場。在大多數情況下，充電器必須能夠在很寬的輸入電壓范圍內為多個電源充電。

高容量/電流電池需要能夠安全、高效且經濟高效地處理大電流的充電器。到目前為止，構建安全的大電流電池充電器需要使用多個IC和大量外部組件，從而產生昂貴且笨重的解決方案。LT?3651 集成式電池充電器通過支持高達 4A 的充電電流和接受高達 32V 的輸入電壓解決了這一問題。

電池充電器特點

隨著電池容量的增加，充電器的安全性是一個重大問題。LT3651 包括所有必要的充電終止和保護功能。充電終止方法包括 C/10 終止或安全定時器終止。其他保護功能包括電池溫度監控、禁用過熱或過冷的電池充電、深度放電電池的電池預處理以及定時器模式下的電池不良檢測。

LT3651 提供了一個額外的電源路徑?根據總輸入電源電流調節電池充電電流的功能。利用此功能，如果輸入電源上的其他負載增加其電流，使得總輸入電源負載超過編程限值，則電池充電器電流會降低。這使得設計人員能夠降低輸入電源要求，從而更有效地管理電源。此功能還可用于通過限制設定的最大輸入功率來強制實施熱預算。

LT3651 可通過一個外部電阻器來設置開關頻率、平均電池充電器電流和輸入電流限值 （減小電池充電電流以嘗試和維持恒定的輸入電流）。一個外部電容器設置定時器控制端接的超時周期。

LT3651 以高頻率工作，從而減小了電感器和濾波器組件的尺寸。頻率可由用戶調節，具有在較高電壓下降低功耗和控制頻譜諧波的優勢。

充電周期

鋰離子電池充電通常使用恒流/恒壓 （CC/CV） 充電算法。鋰離子電池最初以恒定電流充電，通常在 0.5C 到 1C 之間，盡管較新的電池可以使用更高的速率。當電池電壓接近充滿電的浮動電壓時，充電器會降低充電電流并過渡到恒壓操作。LT3651 可防止電池過度充電，從而保護電池免受損壞。LT3651 有四種變體，支持 4.1V、4.2V、8.2V 和 8.4V 浮動電壓。

LT3651 將一個同步降壓型開關器與一個電池充電器相結合，以高效產生高充電電流。它提供CC/CV充電特性，并根據電池電壓調整充電電流。在恒流操作期間，提供給電池的最大充電電流可通過檢測電阻器進行設置，最高可達 4A，并使用 RNG/SS 引腳進行調節。當電池接近充滿電的浮動電壓并且充電器過渡到恒壓充電模式時，充電電流在內部降低。

充電周期按充電電流水平或時間終止。一旦端接，充電器將處于低功耗狀態，從輸入電源吸收約85μA電流，從電池吸收不到1μA電流。在兩種終止模式下，當電池電壓降至浮動電壓（再充電電壓）的 97.5% 時，將重新啟動充電。

兩個引腳指示充電狀態。充電時，CHRG 引腳會主動吸收電流，因此從電源到該引腳的 LED 可提供充電的視覺指示。完成一個充電周期后，引腳轉換至高阻抗。FAULT 引腳提供有關充電中斷的其他信息，例如電池超出溫度范圍故障或電池故障損壞。

具有輸入短路保護的 4A 充電器

圖1所示為一款采用4.6V至5V輸入供電的基本32A單節鋰離子電池充電器。如果輸入電源電壓超過32V，則充電暫停，但IC可以承受高達40V的輸入電壓而不會損壞。因此，此應用可用于從6.5V至32V范圍內的不同輸入充電。

圖1.基本單節 4A 充電器。

4A 最大充電電流相當于 95mV 和 24mΩ 外部檢測電阻兩端。這種基本設計沒有利用狀態引腳、電池溫度監控或安全定時器功能。當電池電壓接近4.2V且充電電流降至約400mA時，電池充電周期終止。當電池電壓降至4.1V時，會自動啟動新的充電周期。

MOSFET 用作低損耗二極管，在輸入短路時提供反向阻斷。這可以防止電池通過充電器放電。

寬輸入范圍、2 節電池充電器

圖2所示為2節9V至32V充電應用。這可用于輸入需要承受寬輸入電壓的汽車應用。此應用使用 ?8.2 或 ?8.4 選項以 4A 電流為兩節鋰離子電池充電。此應用還使用輸入電流調節功能。RIL 監視從同時提供充電電流和系統負載的電源汲取的電流。如果組合輸入電流超過6.3A，則降低充電電流以防止輸入電流增加。輸入電源電壓通常相對恒定。對于這種情況的應用，圖2中的設置也會限制總輸入功率。例如，使用12V輸入電源時，總輸入功率將限制在約75W。

圖2.2節鋰離子9V至32V充電器，具有輸入電流限制和3小時充電超時。

在此應用中，安全定時器用于終止，定時器在溫度故障期間暫停，因此電池將獲得一個完整的充電周期，即使如果電池超出允許的溫度范圍，該循環也會中斷。定時器引腳上的電容器設置充電時間，在本例中為三個小時，因此充電繼續超過C/10充電點。超時時，器件進入待機狀態，將電池放電電流降至 1μA 以下。

定時器還可以確定電池是否損壞。LT3651 具有一種自動預處理模式，該模式可優雅地啟動一個深度放電電池的充電周期。如果電池電壓低于浮動電壓的70%的前提閾值（?5.8為8.4V），則最大充電電流降至編程最大值（15.0C）的15%，直到電池電壓上升超過前置條件閾值。該電流足以激活電池組中的任何安全電路，并提供較小的充電電流。如果電池對預置電流沒有響應，并且在充電周期的1/8（本應用中為22.5min）后電池電壓沒有超過預置電流閾值，則不會啟動全電流充電并發出電池故障。

該應用還利用電池組中的外部NTC電阻來監控電池溫度。通過將一個10k NTC熱敏電阻從器件的NTC引腳連接到地，可實現欠熱和過熱保護。如果熱敏電阻的溫度大于40°C或小于0°C，則此功能將暫停充電循環。

兩個狀態引腳 CHRG 和 FAULT 用于將充電器狀態傳達回控制器。雖然 LT3651 不需要控制器即可工作，但可以使用一個控制器來實現附加功能。狀態引腳指示：待機/關斷;恒流/恒壓充電（>C/10）;電池檢測不良和溫度故障。當然，在其他應用中，可以在這些引腳上放置LED以進行視覺指示。

LT3651 的另一個特性是能夠承受高達 40V 的輸入電壓，這有助于汽車設計。

當輸入電壓超過32V時，輸出開關被禁用，但可以度過過壓條件。

輸入二極管用于防止鋰離子電池在輸入短路時放電。如上例所示，可以用MOSFET代替，以提高效率。

更多選項

充電電流和輸入電流限制控制引腳還可用于為充電器應用提供其他功能。圖3顯示了充電電流隨直流電增加而減小的應用在，這是控制輸入源功耗的有用功能。

圖3.4A單節電池充電器，具有高壓電流折返。

圖4顯示了一個具有反向功能的應用，其中充電電流在較低的輸入電壓下降低，因此在電源電壓下降時，消耗的負載更少。

圖4.4A 2芯充電器，帶低電壓電流折返。

請注意，一般而言，ILIM 引腳和 RNG/SS 引腳均可控制充電電流，并且可以動態更改以產生其他功能。

圖5顯示了一個應用，它提供最大功率點控制（MPPC）功能，可在恒定電壓下調節輸入電壓。這對于太陽能電池板應用很有用。它利用輸入限流放大器，并對其進行重新配置以實現輸入電壓調節。差分 CLP-CLN 電壓用于調節輸出電流。基準電壓源由齊納二極管設置，但可以通過多種方式完成。NPN 用于緩沖 CLN 輸入偏置電流。縮短 ILIM 以消除 CLP 和 CLN 之間的內置偏移量。在這種情況下，輸入調節設置為17V，但可通過100k/61.9k分壓器進行調節。

圖5.4A 2芯充電器，具有最大功率點控制。

總結

LT?3651 是一款多功能、緊湊且易于使用的解決方案，用于為具有高達 4A 電流的鋰離子電池充電，并可采用高達 32V （40V 穿越）的輸入電源充電。高效率、內置安全控制和緊湊的尺寸使其成為各種應用的理想選擇。

審核編輯：郭婷