對于許多便攜式設備 (例如：工作在低電壓和低功率級別的智能手機或平板電腦)，我們擁有現成的精致、單 IC 電源管理解決方案。面向高功率和高電壓系統 (比如：許多工業(yè)或醫療設備所需的此類(lèi)系統) 的電源管理解決方案通常需要使用笨重和復雜的專(zhuān)用分立式組件解決方案。LTC4020 把先進(jìn)的電源管理功能整合到一款高電壓和高功率單 IC 解決方案中，從而簡(jiǎn)化了這些環(huán)境中的電源管理。

LTC4020 具有一個(gè)四開(kāi)關(guān)降壓 / 升壓型 DC/DC 電源轉換器、針對優(yōu)化電池充電的支持、以及凌力爾特專(zhuān)有的電源通路 (PowerPathTM) 系統 / 電池電源管理功能。LTC4020 能針對負載變化、電池充電要求和輸入電源限制條件來(lái)管理系統輸入電源、后備電池和轉換器輸出之間的功率分配。

單電感器 DC/DC 降壓 / 升壓控制器可接受高達 55V 的輸入電壓，并產(chǎn)生低于、高于或等于輸入電壓的輸出電壓。內置的電池充電器可通過(guò)配置以提供專(zhuān)為基于鋰的電池而優(yōu)化的恒定電流 / 恒定電壓 (CC/CV) 充電模式、3 級鉛酸電池充電模式或者改進(jìn)型定時(shí)器充電終止恒定電流算法 (CC)，該算法類(lèi)似于鋰電池充電模式，但其不包含低電壓預查驗和充電周期重啟功能。

采用 CC 模式充電以放寬針對 48V 鉛酸電池充電器的規則要求

當 LTC4020 被配置在專(zhuān)為鉛酸電池而優(yōu)化的充電模式中時(shí)，吸收充電期間的調節電壓為典型電池系統電壓的 120% (即：對于一個(gè)“12V”鉛酸電池為 14.4V)。不幸的是，內置的鉛酸電池充電算法不能用于 48V 系統電池，因為吸收充電電壓將超過(guò) LTC4020 的最大工作電壓。這可以通過(guò)實(shí)現一個(gè)采用恒定電流 (CC) 充電算法的高電流浮動(dòng)充電器來(lái)輕松地解決。

CC 充電算法通過(guò)將 LTC4020 的 MODE 引腳置于不連接狀態(tài)來(lái)啟用。一個(gè)反饋電阻分壓器負責設置對應于 VFB = 2.5V 的期望電池浮動(dòng)充電電壓。CC 充電算法啟用最大編程充電電流，直至達到浮動(dòng)調節電壓。當保持浮動(dòng)調節電壓時(shí)，鉛酸電池浮動(dòng)充電器必須能夠持續地向電池供應電流，因此充電功能不會(huì )終止。CC 充電模式能夠通過(guò)設定 TIMER = 0V 來(lái)適應這一要求，采用這種設置將停用定時(shí)器功能，進(jìn)而停用充電終止功能，于是充電循環(huán)將無(wú)限期地繼續下去。

具有后備鉛酸電池的 48V 系統電源

圖 1 示出了將 LTC4020 配置為具有一個(gè)集成型后備電池浮動(dòng)充電器的 48V 系統電源之情形。該電源的核心組件是一個(gè)平均電流模式降壓 / 升壓型 DC/DC 控制器，其采用了 4 個(gè)外部 NFET 作為開(kāi)關(guān)元件，能提供 265W 的可用系統輸出功率。

圖 1：具有 265W 轉換器輸出能力、5A 電池充電電流和 53.75V 系統 / 浮動(dòng)充電電壓輸出的 36V~55V 至 24 節鉛酸電池 (48V) 浮動(dòng)充電器 / 系統電源

該轉換器依靠一個(gè) 36V 至 55V 的輸入電源供電運作，其平均電感器電流被限制在 8.3A。轉換器電流限值利用兩個(gè)與 SiS862DN 開(kāi)關(guān) FET M1 和 M2 相串聯(lián)的 6mΩ 檢測電阻器 (RSENSE1 和 RSENSE2) 來(lái)設置。在整個(gè)工作電壓范圍內，DC/DC 轉換器可在其輸出端上提供至少 5A 的電流。

RSHDN1 和 RSHDN2 在 SHDN 引腳上形成了一個(gè)分壓器，其負責將輸入停機電壓設定為 VIN = 35V，從而在輸入低于 35V 時(shí)停用 DC/DC 轉換器和電池充電器功能，這就可在電源使能時(shí)提供滿(mǎn)負載電流。這里使用的 SiS862DN 開(kāi)關(guān) FET 具有各 10nC 左右的典型 QG，因此，當利用電阻器 RT 將工作頻率設定為 250kHz 時(shí)，VIN = 55V 條件下的 QG(TOTAL) • fO 處在 LTC4020 的規定 INTVCC 傳輸元件 SOA 指標范圍內。

如前文所述，該 IC 采用一種恒定電流 / 恒定電壓充電模式來(lái)對一個(gè)含 24 節 (48V) 鉛酸電池的后備電池組進(jìn)行充電和保持。最大電池充電電流由 RCS 設置為 5A，到實(shí)現了 53.75V 的滿(mǎn)充電浮動(dòng)電壓時(shí)可提供該電流。電池電壓利用一個(gè)電阻分壓器 (RFB1 和 RFB2) 來(lái)監視，其負責設置 53.75V (即每節電池 2.24V) 的滿(mǎn)充電浮動(dòng)電壓。該分壓器通過(guò) FBG 引腳來(lái)參考，當 LTC4020 處于運作狀態(tài)時(shí)，FBG 引腳短路至地，而當該 IC 停用時(shí)，FBG 引腳則變至高阻抗，從而減小了電池上的寄生負載。

LTC4020 優(yōu)先向系統負載和電池充電功能電路供電，而系統負載的優(yōu)先級始終高于充電電源，因此在承擔重負載期間如有必要將減小電池充電電流。倘若系統負載超過(guò)了 LTC4020 DC/DC 轉換器的供電能力，那么電池電流將改變方向，而且負載電流將由電池提供以補充轉換器輸出。

當 VIN 電源斷接時(shí)，所有的 LTC4020 功能將終止，電池負責向輸出提供所需的功率。從電池經(jīng)由轉換器的反向傳導被開(kāi)關(guān) FET M4 所阻斷，電池電壓監察電阻分壓器通過(guò)引腳 FBG 實(shí)現斷接，流入 IC 的總電池電流減小至 10µA 以下，從而可在需要一種無(wú)負載儲存條件時(shí)最大限度地延長(cháng)電池壽命。

圖 2：針對圖 1 所示電路的最大電池充電電流

圖 3：可用轉換器輸出電流 (系統負載電流 + 電池充電電流) 與輸入電壓的關(guān)系

結論

LTC4020 是一款單 IC 電源管理解決方案，適用于任何需要電池后備或電池供電型遠程操作的高功率設備。集成型降壓 / 升壓 DC/DC 控制器能夠為一個(gè)高于、低于或等于輸入電壓的電壓軌供電。該 IC 運用了一種智能電源通路 (PowerPath) 拓撲，其將控制器輸出合并到一個(gè)全功能多化學(xué)組成電池充電器中。該充電器包括一個(gè)用于充電循環(huán)控制和實(shí)時(shí)充電循環(huán)監察的內部定時(shí)器，其采用二進(jìn)制編碼狀態(tài)引腳。三種引腳可選的充電模式利用優(yōu)化的充電特性提供了適合大多數常見(jiàn)電池類(lèi)型的通用性。