便携式设备的锂电池充电控制器LTC4007及其应用

2018-04-26陈川

安徽电子信息职业技术学院学报 2018年2期

陈川

(中国电子科技集团公司第41研究所，安徽蚌埠 233006)

随着光纤通信技术的发展，光纤到户（FTTH）工程已经在国内外很多地区开始实施，光纤熔接机是光纤接续的专用设备，其电池和充电电路的性能直接影响产品的竞争力。

在电池选择方面，考虑到锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、使用寿命长和自放电率低等优点，近年来，光纤熔接机等便携式设备通常选择锂离子电池做为首选电源。设备的使用者不断要求在提高电池容量的同时缩短充电时间，这必然要求充电电路具有大电流充电能力。鉴于上述原因，在新产品设计中，使用了凌特公司的LTC4007作为控制芯片，以3A电流对电池组进行快速充电，很好的解决了原充电电路充电时间长和效率偏低等问题。

一、芯片特点

LTC4007是凌特公司的降压型DC/DC转换控制芯片，采用恒流/恒压算法，转换效率可达96%，最大输出电流高达4A，可对3节、4节串联锂离子电池组进行充放电控制，并可对稳定电压是4.2V和4.1V的不同化学组成的锂离子电池进行充电，具有±0.8的充电电压准确度。LTC4007的输入电压范围是6V至28V，可以很方便的使用多种直流电源作为输入，非常适合应用于便携式设备中。该芯片采用热处理能力很强的SSOP-24封装，工作温度范围是-40℃至＋85℃。

二、工作原理

完整的充电循环包括涓流充电模式、恒流充电模式和恒压充电模式。在以LTC4007为控制芯片的充电电路中，当直流输入电压超过电池组电压0.17V以上,并且SHDN引脚为低电平时，一个充电循环开始，/CHG引脚为低电平。如果电池组电压低于2.5V/节时，充电控制器进入涓流充电模式。在该模式下，/LOBAT引脚为低电平，按照编程设置电流大小的1/10对电池组进行充电，如果该模式持续的时间达到预置的充电总时间的1/4,充电控制器立即停止充电，/FAULT引脚变成低电平指示充电错误。当电池组电压上升至2.5V/节时，充电控制器进入恒流充电模式，以编程设置电流进行充电，此过程中电池组电压不断升高。当电池组电压接近电池稳定电压时，充电控制器进入恒压充电模式，充电电流开始减小。如果整个充电过程的时间达到预置的充电总时间时，充电过程结束，/CHG引脚变成高电平。

在对电池组进行高速充电时，监视电池组的安全性非常重要，LTC4007将在电池温度下降至0℃以下或上升至50℃以上时（由一个外部热敏电阻负责测量）自动停止充电。

三、应用电路设计

（一）设计要求

在一款新型光纤熔接机设计中，电池管理部分设计参数如下。适配器电压：19V，电池组：采用3串3并共9节锂电池组成，单节电池稳定电压和截止电压分别是4.2V和3V，容量2200mAh/节,电池组额定电能可达73Wh,充电控制芯片采用LTC4007，电路的快速充电电流为3A，充电总时间不超过3h。设计电路如图1所示。

（二）电感

当选择电感时，必须保证电感的饱和电流大于电感工作时的峰值电流，这样不会出现饱和现象。纹波电流一般不超过编程设置电流的40%，则电感可由下式求出：

选定L1＝15μH，此时电感的峰值电流可由下式求出：

此外，还需考虑如下因素：电感的额定电流，磁芯与铜线的损耗，元器件允许的高度，输出电压纹波，EMI考虑，当然还有成本等因素。最终电感选择的是Coilcraft公司的DO5022P-153ML，该器件电感量15μH，饱和电流8A，直流电阻仅为0.036Ω。

（三）输出电容

当电池或高容值电源“带电”连接时，电路中会出现极高的浪涌电流，因此，选择输入、输出电容时，电容的耐压值应为输入、输出电压理论值的两倍左右。本设计选择的输入电容是35V，10μF的钽电容。输出端要加20μF的电容滤除电流纹波，输出电容器纹波电流

VIN=19V，VBAT=12.6V，L=15μH，f=300kHz代入公式中，得IRMS=0.3A

从抗电磁干扰角度考虑，必须让尽可能少的纹波电流从充电电路传递到电池组，而纹波电流的转移主要依赖于输出电容器的ESR(有效电阻值)和电池组的等效阻抗，最好选择ESR小于0.2Ω的输出电容器，本设计中选择2只25V，10μF的陶瓷电容并联。

（四）热敏电阻网络

笔者使用的是负温度系数热敏电阻，型号为M52EG103(10k),25℃时电阻值为10kΩ,B值为3950,本电路的工作温度范围是0℃-50℃，该电阻在0℃和50℃对应的电阻值分别为32.7kΩ和3.6kΩ，即RTH(LOW)=32.7kΩ，RTH(HIGH)=3.6 kΩ，热敏电阻网络 R9、R9A的电阻值可由下面公式计算出来：

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