技术秘技：为何大容量磷酸铁锂电池需要大功率充电器？

尽管上述要求也许看似不可能用单片 IC 来满足，但是看一下 LTC4156 吧。LTC4156 紧随流行的、基于锂材料的 LTC4155 而来，是一款大功率、I2C 控制、高效率电源通路 （PowerPath™） 管理器、理想二极管控制器和磷酸铁锂 （LiFePO4） 电池充电器，适用于采用单节电池的便携式应用，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应用。该 IC 为从各种电源高效率传送高达 15W 的功率而设计，同时最大限度地降低了功耗，并减轻了热量预算限制。LTC4156 的开关电源通路拓扑无缝地管理从两个输入电源，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，同时当输入功率有限时，优先向系统负载供电。参见图 1。

　　图 1：LTC4156 的典型应用电路

　　TO SYSTEM LOAD：至系统负载

　　由于节省功率，所以 LTC4156 允许输出负载电流超过输入电源吸取的电流，从而能最大限度地利用可用功率给电池充电，而不会超出输入电源供电规格。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过 85% 的可用功率，提供高达 ~2.4A 的充电电流，并能更快速地充电。与普通开关电池充电器不同，LTC4156 具备即时接通工作能力，以确保甚至在电池已深度放电时，一插上插头系统就可以供电。由于支持 USB OTG （On-the-Go），所以无需任何额外的组件，就能反过来向 USB 端口提供一个 5V 电源。

　　LTC4156 的自主全功能单节磷酸铁锂电池充电器能提供高达 3.5A 的充电电流，具备 15 种用户可选的充电电流设置。该充电器包括自动再充电、坏电池检测、可编程安全定时器、热敏电阻控制的温度合格的充电、可编程充电结束指示 / 终止以及可编程中断。LTC4156 采用扁平 （0.75mm） 28 引脚 4mm x 5mm QFN 封装，在 -40°C 至 125°C 的温度范围内工作有保证。

　　高效率内部开关稳压器

　　LTC4156 的开关稳压器工作起来像一个变压器，允许 VOUT 端的负载电流超过输入电源吸取的电流，而且与典型线性模式充电器相比，充分利用可用功率给电池充电的能力得到了极大的改善。前述例子说明，LTC4156 可以怎样以高达 3.5A 的电流高效地充电，从而实现了更快的充电速度。与普通开关电池充电器不同，LTC4156 具备即时接通工作能力，以确保甚至在电池没电或已深度放电时，一插上电源就可向系统供电。

　　图 2：LTC4156 VOUT 效率随负载电流变化的曲线

　　EFFICIENCY：效率

　　Switching Regulator Efficiency：开关稳压器效率

　　LOAD CURRENT：负载电流

　　对电池而言更安全

　　在对电池快速充电时，监视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。除了这一自主性功能，LTC4156 还提供一个扩展标度的 7 位模数转换器 （ADC） ，以凭借约 1°C 的分辨率监视电池温度 （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，可用来建立基于电池温度的定制充电算法。

　　图 3：7 位热敏电阻 ADC 显示预置的 LTC4156 温度跳变点

　　Temperature：温度

　　ADC Code：ADC 代码

　　可通过一个简单的两线 I2C 接口读取 NTC ADC 的结果，从而能对充电电流和电压设置进行调整。该通信总线允许 LTC4156 指示额外的状态信息，例如输入电源状态、充电器状态和故障状态。由于支持 USB On-The-Go，所以无需任何附加组件，就能反过来向 USB 端口提供一个 5V 电源。

　　对平板电脑或工业条码扫描器等很多便携式应用来说，管理两个输入 （例如 USB 和交流适配器）足够了。不过，便携式设备设计师一直在不断寻求用任何可用电源给电池充电的方式。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） ，自主地选择最合适的输入 （交流适配器或 USB）。过压保护 （OVP） 电路同时保护两个输入，以免受到意外加上的高压或反向电压引起的损坏。LTC4156 的理想二极管控制器保证，即使输入功率不充足或不存在，也总是可以向 VOUT 提供充足的功率。为了在设备连接到一个处于暂停模式的 USB 端口时，最大限度地减少电池泄漏，在 VBUS 和 VOUT 之间放置了一个 LDO， 以向应用提供可允许的 USB 暂停电流。为了消除制造和销售阶段的电池泄漏，"装运及贮存"特性将已经很低的电池备用电流进一步降至几乎为零。

最后，LTC4156 与 LTC4155 锂离子版本是引脚和组件完全兼容