用于電池充電器的獨立式自動重啟解決方案

引言

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。

本文作者：凌力爾特公司（現隸屬 Analog Devices 公司）電源產品高級應用工程師Victor Khasiev