55V 高效降压-升压电源管理器和多化学电池充电器

如今，电池充电器有望轻松支持各种电池化学成分并接受一系列电压输入，包括范围广泛的太阳能电池板。输入电压范围跨越输出电池电压上下的情况越来越普遍，需要降压和升压能力（降压-升压拓扑）。LTC4020 降压-升压电源管理器和多化学电池充电控制器可以采用 4.5V 至 55V 的宽范围输入并产生高达 55V 的输出电压。其降压-升压 DC/DC 控制器支持高于、低于或等于输入电压的电池和系统电压。

该充电器可轻松针对各种电池化学成分进行优化。例如，它可以遵循恒流/恒压 (CC/CV) 充电算法，C/10 或用于锂基电池系统的定时终止，具有定时终止的恒流 (CC) 特性，或优化的 4 步、3 级铅酸充电曲线。

用于 25.2V 电池浮动电压的 6.3A 充电器

图 1 显示了一个 15V 至 55V 输入、25.2V/6.3A 降压-升压电池充电器，具有仅需要一个电感器 (L1) 的高效 4 开关 (M2–M5) 同步降压-升压 DC/DC 转换器。专有的平均电流模式架构使用两个检测电阻器（R CBRT1和 R CBRB1）来监控电感器电流。在此降压-升压解决方案中，当 V IN 高于 V OUT时，转换器以降压（降压）模式运行；当 V IN 低于 V OUT时，转换器工作在升压（升压）模式。当 V IN 接近 V OUT时，转换器以 4 开关降压-升压模式运行。

图 1. 15V 至 55V 输入、25.2V/6.3A 降压-升压电池充电器

该转换器以 50kHz 至 500kHz 范围内的可编程恒定开关频率运行，由一个电阻器设置 (R13 = 100k，250kHz)。图 1 所示的解决方案可为系统负载提供高达 8A 的电流 (V OUT = 25.2V)。图 2 显示满负载效率（I OUT = 8A，V IN = 24V）可以达到 98% 以上。

LTC4020 使用一个来自 BAT 引脚的外部反馈电阻分压器来通过 V FB 引脚设置电池电压。“PowerPath”FET (M1) 在正常电池充电期间导通，尽可能在电池和降压-升压转换器输出之间形成低阻抗连接。电池充电电流通过检测电阻器 (R CBAT1 ) 进行监控。通过选择 R CBAT1的值，可以轻松设置平均电池充电电流。可通过 RNG/SS 引脚进行动态限流调整。

PowerPath FET 的瞬时接通和理想二极管功能

对于严重放电的电池，LTC4020 可自动将 PowerPath FET（图 1 中的 M1）配置为线性稳压器，从而允许降压-升压转换器输出升至高于电池电压，同时仍向电池提供充电电流。此功能称为 PowerPath 瞬时启动，此时 PowerPath FET 充当高阻抗电流源，为电池提供充电电流。

当电池充电器不在充电周期时，LTC4020 自动将 PowerPath FET 配置为理想二极管——也就是说，降压-升压转换器专门为系统负载工作。这允许电池在正常操作中保持与转换器输出的断开连接。然而，如果系统负载电流超过降压-升压转换器的容量，则可以通过这个理想二极管有效地从电池中汲取额外的功率。

附加功能

LTC4020 支持基于定时器的充电算法——一个连接在 TIMER 引脚和地之间的电容器对循环时间的结束进行编程。

LTC4020 具有电池温度监视和控制功能。通过将 NTC（负温度系数）热敏电阻连接到 NTC 引脚，并将热敏电阻靠近电池组（或其他所需的监控位置）放置，如果 NTC 引脚电压超出范围（高于 1.35V 或低于 0.3V） )，LTC4020 触发 NTC 故障并停止电池充电。

LTC4020 的 V IN_REG 引脚允许输入电压调节。该引脚可用于为太阳能电池板设置峰值电源电压，或帮助维持其他高阻抗输入电源的电压。

LTC4020 有两个集电极开路输出 STAT1 和 STAT2，用于充电器状态和故障情况。这两个引脚是二进制编码的。

结论

LTC4020 是一款多功能高电压、高效率降压-升压型电源管理器和多化学电池充电器，支持高于、低于或等于输出电池或系统电压的输入电压。其薄型 (0.75mm) 耐热增强型 38 引脚 5mm × 7mm QFN 封装适用于便携式工业和医疗设备、太阳能供电系统、军用通信设备以及 12V 至 24V 嵌入式汽车系统。