电池充电器应用中的充电电流调制

LTC4012是一款非常受欢迎的多化学组成电池充电器，可用于多种不同应用。这款控制器为用户提供栅极驱动器、电流检测输入、温度合格的充电和多个信号输出。 数据手册还详细说明了一系列有用的功能。其中之一是在正常工作期间改变或调制充电电流的功能。这一功能主要用于输入电流受限的系统。一个很好的例子是由壁式适配器供电的计算机系统，其适配器的功率和电流能力有限。然而，CPU和内存可能需要占用很大一部分限值。显然，在这种情况下，降低电池充电电流以满足CPU的需求是个明智的选择。充电电流的编程通过以可变占空比的信号控制外部晶体管来实现(见图1)，图示集成了“编程PWM电流”电路。本文旨在建立充电电流随控制信号占空比成线性变化的区域。

 

 

图1. 采用充电电流PWM的LTC4012锂离子电池充电器的电原理图电路说明和功能

图1中的解决方案包括LTC4012电池充电器以及由MOSFETS Q1、Q2、电感器L1和输入输出滤波电容组成的功率链路。在电源故障或掉电的情况下，MOSFET Q3将充电器与输入线路断开，MOSFET Q4则将电池连接到负载。通过低功耗MOSFET Q5的栅极提供的控制脉冲信号占空比，调制流至电池BAT的充电电流。

基于LTC4012的充电器用于测试不同的电池和充电电流水平。 有效充电电流值与控制脉冲信号的占空比呈线性变化的区域位于15%至80%占空比之间。如果占空比超过80%，充电电流逐渐减小，不再增大;反之，如果占空比低于15%，则充电电流急剧下降。 图2示出了这一点，显示了施加于晶体管Q5栅极的控制脉冲占空比在15%至80%之间的完美线性区域。

 

 

图2. 最大充电电流为3.3A和5.0A时，充电电流随PWM占空比变化的图形编程充电电流电阻值的计算

考虑到PWM最大占空比的限制为80%，图1中确定充电电流的电阻可按照以下表达式来计算：

 

 

其中，RSENSE是电池电流检测电阻。

 

 

RP是占空比为80%时RMAX和RPROG并联连接的总阻抗电池充电器应用中的充电电流调制

 

 

RPROG是连接至Q5的电阻，由占空比可变的50kHz脉冲切换。

对于最大充电电流为3.3A的锂离子电池而言，假设RMAX为511k?6?8，RIN为3.01k?6?8，最大占空比为80%，则计算可得RSENSE为0.03?6?8，RPOG为23.7k?6?8。图2显示了此电池的充电电流随控制脉冲占空比而变化的功能。此外，还测试了最大充电电流为5.0A的另一款电池(RSENSE 0.02?6?8，RPOG 23.7k?6?8)，请参见图2所示充电电流随占空比变化的图形。