高效率鋰離子電池充電器

　　圖 1 示出了一款具低功率 PWM 功能的太陽(yáng)能電池板至 3 節(jié)鋰離子電池充電器。該充電器使用了一個(gè) 17V 輸入調(diào)節(jié)電壓 （針對(duì)“12V 系統(tǒng)”太陽(yáng)能電池板的一種常用 VMP），其采用VIN_REG引腳上的電阻分壓器 R4 和 R5 來(lái)設(shè)置。把一個(gè)典型 12V 系統(tǒng)太陽(yáng)能電池板的工作電壓保持在其 17V 額定 VMP 電壓可產(chǎn)生接近 100% 的太陽(yáng)能電池板效率，如圖 3 所示。低功率 PWM 功能采用 M1、R6、R7 和 R8 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Figure 3. Typical “12V system” （VMP = 17V） solar panel efficiency

　　如圖 4 所示，增設(shè) PWM 電路可顯著提高電池充電電流低于 200mA 時(shí)的效率。LT3652 的 CHRG 引腳在所需充電電流超過(guò) 2A 編程最大充電電流的 1/10 （即 200mA） 時(shí)被拉至低電平。當(dāng)充電電流被輸入調(diào)節(jié)環(huán)路減小至 200mA 水平以下時(shí)，CHRG 引腳變至高阻抗，這允許將 M1的柵極上拉至 VBAT，從而使能 FET M1。該 FET 把 R7 拉至地，從而啟用了一種輸入電壓 UVLO 功能 （其采用了 SHDN 引腳以及由 R6 和 R7 構(gòu)成的電阻分壓器）。UVLO 功能采用該分壓器進(jìn)行設(shè)置，以擁有一個(gè) 18V 的下降門(mén)限和一個(gè) 20V 的上升門(mén)限。下降門(mén)限是一個(gè)關(guān)鍵性的設(shè)計(jì)參數(shù)值，而且必須被設(shè)置為一個(gè)高于輸入調(diào)節(jié)電壓、并且比上升門(mén)限低 10% 的電壓 （這是 LT3652 停機(jī)門(mén)限遲滯決定的）。在低照度條件下，當(dāng)可用的太陽(yáng)能電池板功率不足以讓 LT3652 提供所需的充電電流時(shí)，LT3652 的輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路將減小輸出充電電流，直到充電器輸入功率與太陽(yáng)能電池板提供的可用功率相等為止。當(dāng)輸入調(diào)節(jié)環(huán)路運(yùn)行時(shí)，VIN 上的太陽(yáng)能電池板電壓被保持在 17V 的編程峰值電源電壓，從而最大限度地增加了太陽(yáng)能電池板所產(chǎn)生的功率。如果太陽(yáng)能電池板照度變得足夠低，以至于可用的太陽(yáng)能電池板功率對(duì)應(yīng)于200mA 以下的充電電流，則 CHRG 引腳將變至高阻抗且 UVLO 功能通過(guò) M1、R6 和 R7 來(lái)使能。

Figure 4. Efficiency for the circuit in Figure 2

　　由于 VIN 處于 17V （這低于 UVLO 下降門(mén)限），因此 LT3652 停機(jī)，從而停用所有的電池充電功能電路。當(dāng)電池充電器停用時(shí)，幾乎所有的太陽(yáng)能電池板輸出電流都在給輸入電容器 （C1） 充電，這使得 VIN 上的電壓增加，直至達(dá)到 20V 的 UVLO 上升門(mén)限為止，從而重新使能 LT3652。由于電池充電器在 VIN 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 17V 輸入調(diào)節(jié)門(mén)限的情況下重新使能，所以全部的充電電流均流入電池。作為針對(duì)高電池充電電流水平的響應(yīng)， CHRG 狀態(tài)引腳被拉至低電平，這將停用 UVLO 功能。只要電池充電器所需的功率低于可從太陽(yáng)能電池板獲得的功率，太陽(yáng)能電池板電壓將驟降，直到 VIN 降低至 17V 為止，此時(shí)利用輸入調(diào)節(jié)環(huán)路來(lái)減小電池充電電流以維持該電壓。當(dāng)充電電流再次減小至 200mA 時(shí)， CHRG 引腳變至高阻抗，UVLO 電路被重新啟用，停用/使能循環(huán)重復(fù)進(jìn)行，從而產(chǎn)生一串充電電流“突發(fā)脈沖”，其取平均至與可從太陽(yáng)能電池板獲得之功率相對(duì)應(yīng)的電池充電電流。

　　圖 5 示出了圖 2 中電路的 PWM 操作。當(dāng) LT3652 停用時(shí)，VIN 上的電壓從 17V 的輸入調(diào)節(jié)門(mén)限斜坡上升至 20V 的停機(jī)門(mén)限。LT3652 CHRG 引腳上的電壓在充電器使能時(shí)為低電平，而在充電器停用時(shí)則為高電平。當(dāng)充電器停用時(shí)，太陽(yáng)能電池板的能量被存儲(chǔ)在輸入電容器中，因此從太陽(yáng)能電池板提供的輸出功率保持連續(xù)。太陽(yáng)能電池板的效率對(duì)應(yīng)于PWM 操作期間太陽(yáng)能電池板上的平均電壓 （其大約為 18.5V）。

Figure 5. Waveform of VIN during PWM for the circuit in Figure 2