大容量磷酸铁锂电池怎样得到更大的功率

许多手持式工业或医疗设备的电源架构常常与大显现屏智能手机的电源架构类似。一般情况下，3.7V（最终充电或“浮置”电压为 4.2V）锂离子电池一直用作主电源，因为其单位分量能量密度 （Wh/kg） 和单位体积能量密度 （Wh/m3） 很高。过去，许多大功率设备运用两节 7.4V （8.4V 浮置电压） 锂离子电池，以满意功率要求，可是因为价格低廉的 5V 电源办理 IC 的上市，越来越多的手持式设备选用了更低电压的架构，这使得能够运用单节锂离子电池。典型的便携式医疗或工业设备具有许多功用和非常大（就便携式设备而言）的显现屏。当用 3.7V 电池供电时，其容量有必要以数千毫瓦小时计。为了用几小时给这么大容量的电池充电，就需求几安培的充电电流。 

 

　　不过，即使需求这么大的充电电流，在没有大电流交流适配器可用时，用户依然想用 USB 端口给他们的大功率设备充电。为了满意这种要求，当有交流适配器可用时，电池充电器有必要能以大电流 （》2A） 充电，可是依然能高效率地利用 USB 端口可供给的 2.5W 至 4.5W 功率。此外，该 IC 产品需求维护灵敏的下游低压组件，使它们免受或许由损坏导致的过压工作的影响，并高效率地将大电流从 USB 输入、交流适配器或电池引导到负载，以最大极限地削减以热量形式损失的功率。一起，该 IC 有必要安全地办理电池充电算法，并监督关键的体系参数。 

 

　　磷酸铁锂电池较低的 3.6V 起浮电压导致无法运用标准的锂离子电池充电器。假如充电不当，就有或许对这种电池造成无法修复的损坏。精确的起浮电压充电将延长电池的寿数。与根据钴的锂离子电池比较，LiFePO4 电池的优点包含体积能量密度 （每单位体积的容量） 较高，并且不容易过早地呈现毛病 （假使新电池过早地“深度循环”）。 

 

　　主要规划约束总结如下： 

 

　　· 大容量电池需求大的充电电流和高效率 

 

　　· 许多便携式运用，包含工业和医疗设备，都需求 USB 兼容充电所供给的便利性 

 

　　· 磷酸铁锂电池有特殊充电要求，即更低的浮置电压，与锂离子电池比较有一些令人欣慰的优势 

 

上面评论的任何满意这些规划约束的 IC 解决方案都有必要是紧凑和单片型的，能应对快速、高效率给单节大容量电池充电的问题，并与磷酸铁锂等新的化学组成兼容。这样的设备会成为催化剂，能提高选用大容量电池的便携式工业和医疗产品在全球的选用率。 

 

　　应对选用单节电池的便携式设备的功率应战 

 

　　尽管上述要求也许看似不或许用单片 IC 来满意，可是看一下 LTC4156 吧。LTC4156 紧随盛行的、根据锂资料的 LTC4155 而来，是一款大功率、I2C 操控、高效率电源通路 （PowerPath？） 办理器、抱负二极管操控器和磷酸铁锂 （LiFePO4） 电池充电器，适用于选用单节电池的便携式运用，例如便携式医疗和工业设备、备份设备和高功率密度电池供电运用。该 IC 为从各种电源高效率传送高达 15W 的功率而规划，一起最大极限地降低了功耗，并减轻了热量预算约束。LTC4156 的开关电源通路拓扑无缝地办理从两个输入电源，例如交流适配器和 USB 端口，到设备的可再充电磷酸铁锂电池的功率分配，一起当输入功率有限时，优先向体系负载供电。参见图 1。 

 

　　因为节省功率，所以 LTC4156 答应输出负载电流超越输入电源汲取的电流，然后能最大极限地利用可用功率给电池充电，而不会超出输入电源供电标准。例如，当用 5V/2A 交流适配器供电、可用功率为 10W 时，该 IC 的开关稳压器能高效率传送超越 85% 的可用功率，供给高达 ~2.4A 的充电电流，并能更快速地充电。与一般开关电池充电器不同，LTC4156 具有即时接通作业才能，以确保甚至在电池已深度放电时，一插上插头体系就能够供电。因为支撑 USB OTG （On-the-Go），所以无需任何额外的组件，就能反过来向 USB 端口供给一个 5V 电源。 

 

　　LTC4156 的自主全功用单节磷酸铁锂电池充电器能供给高达 3.5A 的充电电流，具有 15 种用户可选的充电电流设置。该充电器包含自动再充电、坏电池检测、可编程安全定时器、热敏电阻操控的温度合格的充电、可编程充电结束指示 / 停止以及可编程中止。LTC4156 选用扁平 （0.75mm） 28 引脚 4mm x 5mm QFN 封装，在 -40°C 至 125°C 的温度范围内作业有保证。 

 

高效率内部开关稳压器 

 

　　LTC4156 的开关稳压器作业起来像一个变压器，答应 VOUT 端的负载电流超越输入电源汲取的电流，并且与典型线性形式充电器比较，充分利用可用功率给电池充电的才能得到了极大的改进。前述比如阐明，LTC4156 能够怎样以高达 3.5A 的电流高效地充电，然后完成了更快的充电速度。与一般开关电池充电器不同，LTC4156 具有即时接通作业才能，以确保甚至在电池没电或已深度放电时，一插上电源就可向体系供电。 

 

　　对电池而言更安全 

 

　　在对电池快速充电时，监督电池的安全性是很重要的。当电池温度降至低于 0°C 或升至高于 60°C 时 （如一个外部负温度系数的 NTC 热敏电阻所测得的那样） ，LTC4156 会自动停止充电。除了这一自主性功用，LTC4156 还供给一个扩展标度的 7 位模数转换器 （ADC） ，以凭借约 1°C 的分辨率监督电池温度 （参见图 3） 。这个 ADC 与 4 个可用的浮置电压设置和 15 个电池充电电流设置相结合，可用来建立根据电池温度的定制充电算法。 

 

　　可通过一个简略的两线 I2C 接口读取 NTC ADC 的成果，然后能对充电电流和电压设置进行调整。该通信总线答应 LTC4156 指示额外的状况信息，例如输入电源状况、充电器状况和毛病状况。因为支撑 USB On-The-Go，所以无需任何附加组件，就能反过来向 USB 端口供给一个 5V 电源。 

 

对平板电脑或工业条码扫描器等许多便携式运用来说，办理两个输入 （例如 USB 和交流适配器）足够了。不过，便携式设备规划师一直在不断寻求用任何可用电源给电池充电的方法。LTC4156 的双输入、优先级多工器根据用户定义的优先级 （缺省优先级为适配器输入） ，自主地挑选最合适的输入 （交流适配器或 USB）。过压维护 （OVP） 电路一起维护两个输入，以免遭到意外加上的高压或反向电压引起的损坏。LTC4156 的抱负二极管操控器保证，即使输入功率不足够或不存在，也总是能够向 VOUT 供给足够的功率。为了在设备连接到一个处于暂停形式的 USB 端口时，最大极限地削减电池泄漏，在 VBUS 和 VOUT 之间放置了一个 LDO， 以向运用供给可答应的 USB 暂停电流。为了消除制作和销售阶段的电池泄漏，“装运及储存”特性将现已很低的电池备用电流进一步降至简直为零。 

 

　　最终，LTC4156 与 LTC4155 锂离子版本是引脚和组件彻底兼容的，然后无需从头大面积组织电路板，就能够灵活方便地在最终一分钟替换不同化学组成的电池。