电池充电器应用中的充电电流调制

作者：Victor Khasiev，ADI公司Power by Linear高级应用工程师

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

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。

结论

LTC4012是一款非常受欢迎的电池充电器，用于许多工业和商业应用。采用低功耗电压源的系统通常使用脉冲宽度调制来限制和编程锂离子电池充电电流，以向应用的关键元件提供可用功率。在这种情况下，PWM占空比应限制在15％至80％的范围内。