组合的电压和电流控制环路可简化LED驱动器、高容量电池/超级电容器充电器和最大功率点跟踪太阳能应用

 

图 7 示出了 LT3796 的内部 CSAMP 电路在操作中是怎样起作用的。LT3796 的电压环路将 FB1 引脚调节在 1.25V，这样 I₃ 在 R5 = 12.4k 时将固定在 100μA。在图 7 中，V_OUT 随 I₂ 而改变 (V_OUT = 1.25V + I₂ • R4)。倘若 I₂ • R4 的变化能够抵消 I_LOAD·(R_SNS1 + R_WIRE) 的变化，那么 V_LOAD 将保持恒定。

请参阅图 7，从 V_OUT 引出的分压器 R1 / R3 利用在 R2 中流动的电流 I₁ 来设定 CSP 引脚上进行调节的电压。I₁ 被传递至 FB1 节点，并在此节点上与 I₂ 相加。

当输出电流增大时，I₁ 由于 RSNS 两端电压降的增加而减小;必须利用电流 I2匹配的增加来补偿 I₁ 的减小，以保持向 FB2 输送恒定的 100μA 电流。正是 I₂ 这种随输出电流的增加使 V_OUT 具有了正负载调节特性。而正负载调节恰好是补偿电缆压降所需要的。

图 8 示出了相对于 I_LOAD 的实测 V_LOAD 和 V_OUT。显然，当 I_LOAD 小于 1A 电流限值时，V_LOAD 与 I_LOAD 无关。当 I_LOAD 接近 1A 时，ISP 和 ISN 引脚上的电流环路开始干扰电压环路，并相应地下拉输出电压。负载瞬态响应示于图 9。　　

 

太阳能板电池充电器

太阳能供电型设备所依赖的是一个变化无常的能量源，因此，这样的设备如需始终保持可用状态，就必须把取自太阳能电池的能量贮存在一个可再充电电池中。太阳能板具有一个最大功率点，这是一个相对固定的电压，在该电压下太阳能板可产生最大的功率。最大功率点跟踪 (MPPT) 通常是通过限制转换器的输出电流 (以避免太阳能板电压偏离该电压值) 来实现的。LT3796 独特的电流与电压环路组合使其成为一款理想的 MPPT 电池充电器解决方案。

图 10 示出了一个由 LT3796 驱动的太阳能板至密封式铅酸 (SLA) 电池充电器。该充电器采用一种三级充电方案。第一级为恒定电流充电。当电池充电至高达 14.35V 时，充电电流开始减小。最后，当所需的电池充电电流降至 100mA 以下时，内置的 C/10 充电终止功能将通过下拉 /VMODE 以停用充电电路，而充电器将进入浮罝充电级 (V_FLOAT = 13.5V) 以补偿由于自放电所引起的损耗。　　

 

充电电流利用 CSP 和 C_SOUT (CTRL) 引脚上的电阻器网络来设置，具体如下：

V_CTRL = R6 • [(V_IN – V_INTVCC) / R4 – V_INTVCC / R5]
　　对于 V_IN ≥ V_INTVCC (1 + R4 / R5)
　　V_CTRL = 0V
　　对于 V_IN < V_INTVCC (1 + R4 / R5)

最大功率点跟踪通过控制最大输出充电电流来实现。当太阳能板输出端上的电压向 28V (其对应于 CTRL 引脚上的 1.1V和满充电电流) 靠近时，充电电流减小，如图 11 所示。于是，该伺服环路的作用是动态地把充电器系统的功率要求降低至太阳能板所能提供的最大功率，从而将太阳能板的电源利用率保持在接近 100% 的水平。　　

 

具输入电流限值的超级电容器充电器

超级电容器正在诸多应用中迅速地取代电池，包括用于无线工具的快速充电动力电池和用于微处理器的短期掉电后备系统等等。从长远来看，超级电容器的寿命更长、更环保、性能更高且价格更低，但是，给超级电容器充电需要精确控制充电电流和电压限制，以避免发生系统范围的损坏或超级电容器受损。

某些应用要求限制输入电流以防止输入电源发生崩溃。图 12 示出了一款具 28V 稳定输出电压和 1.33V 输入电流限值的 1.67A 超级电容器充电器。输入电流由 R_SNS1 负责检测，其被转换为一个电压信号并馈送至 FB2 引脚以提供输入电流限制。　　

 

在每个充电周期中，超级电容器从 0V 充电。从 V_OUT 经由 R3、C5、R5、R10、R4 以及 Q1 和 RT 至 RT 引脚的反馈环路起频率折返的作用，以使调节处于受控状态。在图 13 中，描绘了该充电器的输入电流和输出充电电流与输出电压的关系曲线。如图所示，LT3796 可保持输出电流调节作用，直到输入电流接近 1.33A 的输入电流限值为止。　　

 

结论

LT3796 是一款通用的升压型 DC/DC 控制器，其组合了准确的电流和电压调节环路。该器件实现了单个电流环路与两个电压环路的独特组合，从而使其能够轻松解决那些需要多个控制环路之应用所带来的问题，例如：LED 驱动器、电池或超级电容器充电器、MPPT 太阳能电池充电器、以及具有输入和输出电流限值的升压或 SEPIC 型转换器。另外，这款器件还包括多种故障保护及报告功能、一个顶端栅极驱动器和电流环路报告。

采用 28 引脚 TSSOP 封装的 LT3796 所执行的任务若换用其他替代方案将需要使用多个控制 IC 和系统才能应付。该器件可造就一款简单、低成本和小巧解决方案