就全功能鋰離子電池充電器而言,一些設計師遇到的主要障礙是缺乏自動或自主觸發功能。例如,控制器確實提供 C/10 電流檢測,但是當充電電流降至 C/10 值時,卻不中斷充電過程。另外也缺乏完全合格的充電器所需的自動重啟功能。
LTC4012是一款非常流行的芯片,用來給各種應用中的鋰離子電池充電。這款控制器提供柵極驅動和電流檢測輸入,以建立一個降壓型拓撲的功率鏈路。LTC4012 還提供控制信號,例如充電狀態和適配器存在的信號。該器件還提供一系列有用的功能,在其數據表中有詳細說明。
在不使用 CPU 的應用中,設計師或者干脆拒絕使用 LTC4012,或者自己開發解決方案,在有些情況下,這么做是不夠的。例如,有些設計師可能會在 PROG 引腳上用一個電阻器來檢測充電電流,但是將 PROG 引腳連至一個低成本、低阻抗的緩沖器,會從根本上導致測量值失真。
本文的目的是說明一種簡單的自動重啟解決方案,該解決方案不使用 PROG 引腳,用邏輯信號進行 C/10 電流檢測。這種檢測基于 LTC4012 數據表中介紹的“數字 C/10 指示器”,如方框圖中所示。
自動重啟電路方框圖
前述電路的方框圖如圖 1 所示。該電路基于一個 D 觸發器。隨著充電電流值降至預設定的 C/10,D 觸發器時鐘變為高電平,外部晶體管Q1 將 RUN 引腳拉至地,并關斷 LTC4012。電池充電,電壓接近最大值。隨著充電器關斷,電池開始放電,最終達到最小電壓,D 觸發器清零,然后 Q1 關斷,充電周期重復。
圖 1:自動重啟電路的方框圖
CHARGE CURRENT C/10 DETECTION:充電電流 C/10 檢測
用LTC2912-3 實現之前介紹的大部分功能。這款具閉鎖控制的電壓監視器在圖 2 所示電原理圖的中央。
圖 2:前述解決方案的電原理圖
BATTERY:電池
電原理圖和電路介紹
所測試的是 12V、3000mA/h 鋰離子電池。該電池由采用了 LTC4012-2 的演示電路板 DC1256A 上安裝的充電器充電。該充電器由圖 2 所示的自動重啟電路控制。
如果電池充電,那么 LTC2912-3 的 VH 輸入上的電壓高于 0.5V,/UV 輸出為高電平。Q2 接通,/LATCH 引腳為低,輸出 OV 閉鎖在高電平狀態。相應地,Q1 接通,LTC4012 處于關斷模式。只要 /LATCH 引腳為低,OV 閉鎖在高電平狀態,LTC4012 就繼續保持關斷狀態。
最后,由于自放電或已加負載,電池電壓開始下降。當電池電壓降至低于 12V 時,VH 引腳電壓 (電阻器分壓器 RBT/RBB) 降至低于 0.5V,/UV 輸出狀態從高電平變為低電平。然后 Q2 斷開,從而清除閉鎖。信號 OV 狀態變為低電平,Q1 斷開,充電過程啟動。
在充電過程中,LTC4012 的 /CHRG 引腳處于低阻抗狀態,這使 VL 引腳連至 GND。隨著充電電流降至 C/10,/CHRG 引腳改變狀態,VL 引腳上的電壓隨之上升。當這個引腳上的電壓達到 0.5V (電阻器分壓器 RCT/RCB) 時,OV 引腳的狀態從低電平變為高電平,Q1 接通,RUN 引腳拉低,LTC4012 進入停機模式。/LATCH 引腳為低電平,U1 將 OV 鎖定為高電平,直至電池電壓再次降至 12V 且這個過程開始重復為止。建議的電路與 LTC4012 互連,相應引腳由虛線圍繞,以與 LTC2912 U1 的引腳相區分。
電流驗證和測量
為了驗證電路功能,將一個數據記錄器連至充電器-電池系統。對電池電壓和電流進行采樣和存儲。為了方便電池的自放電并縮短放電時間,在電池端子之間連接一個 100Ω 電阻器。所產生的圖形如圖 3 所示。在周期一開始時,輸入電壓 VIN 被斷開,電池放電,并向負載提供“負”電流。然后,加上 VIN 后,充電周期啟動,“正”的充電電流流進電池。當電池充滿電以后,充電器關斷,電池開始自放電。當電池電壓達到最小值時,充電器接通,周期自我重復。
圖 3:自動重啟周期的定時圖
CHARGE CURRENT:充電電流
TIME:時間
BATTERY VOLTAGE:電池電壓
結論
本文介紹的電路相對簡單,基于這個電路的應用可以作為非常流行的鋰離子電池充電器LTC4012 的重要配件。這個電路可通過使用單個電壓監視器 LTC2912-3 實現自動重啟功能,從而無需使用相當昂貴的數字控制系統。
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