LTC3890 和 LTC4000 具有电池后备功能的 60V 输入电源

始使 VOUT 轨上的电压斜坡上升。VOUT 的上升受控于 TRACK/SS2 引脚上的电压电平，直到该引脚上的电压达到 0.8V 为止。到那时候，LTC4000 电池充电器运行，而且它开始通过其自身的 ITH 引脚 (该引脚硬连线至 LTC3890 的 ITH2 引脚) 来控制 VOUT 和 VOUT-SYS 电平。HVDC 输出电压 (以及 LTC3890 VFB2 引脚上对应的反馈信号) 设定得高于电池浮置电压 (或制造商建议的充电电压)。这将确保在正常操作条件下仅由 LTC4000 电池充电器 (而不是 LTC3890 降压型控制器) 调节输出。LTC3890 IC 负责控制开关 NMOS Q1，而 Q2 则受控于 LTC4000。由于 LTC3890 的电压设定值超过了 LTC4000 所设定的实际 (浮置) 电压，因此 LTC3890 的误差放大器 (EA) 将供应电流以试图提高其 ITH 引脚上的电压。接着 LTC4000 将吸收电流，从而把 ITH 电压保持在稳定状态。浮置电压由电阻分压器 RB1、RB2 设定。

如果电池电压降至低于浮置电压，则 LTC4000 将分析电池的状况。倘若电池未短接或过度放电，那么它将向电池提供编程充电电流。充电电流值由电流检测电阻器 RS2 和电阻器 RCL 设置。LTC4000 调节充电电流，直到电池电压达到浮置值为止。一旦电池电压达到浮置值，LTC4000 将从恒定电流模式切换至恒定电压模式，从而在充电过程中提供恒定的电压。随着充电周期的推进，充电电流值逐渐减小，见图 5。在图 2 所示的原理图上，TMR 引脚连接至 BIAS 节点，它意味着充电周期将在充电电流减小至编程 C/X 值时立即终止。

另外，LTC4000 还负责监视输入电流值。假如输入电流水平超过了编程值，则 LTC4000 将降低充电电流和电压，从而使连接至 LVDC 的负载持续运行而不发生中断。输入电流限值由电流检测电阻器 RS1 和 RIL (图中未示出) 来设置。

当充电电流减小至低于 C/X 设定限值时，电池与充电电路断接，而且 PMOS Q2 断开。此时，LTC4000 把输出电压调节至高于浮置值，以确保 Q2 的体二极管被施加反向偏置且电流不会从电池流至负载。
 

电路描述和设置两个控制器

在本文中，用于充电和放电的电池使用的是 NL2044HD22。这是一个锂离子电池组，其组合了 12 个 18650 规格电池，采用 (4S3P) 配置组装而成。电池制造商建议采用 16.8V ± 50mV 充电电压和 4A 的最大充电电流。

设置 LTC4000

电池浮置电压设置，BFB 引脚。注：FBG 引脚是用于连接至 BFB 和 OFB 引脚之电阻分压器的接地回线引脚。假设 RB1 为 499k，则计算出提供 16.8V 浮置电压所需的 RB2 为 36.5k。电池输出电压设置，OFB 引脚。通过对应地把 RO1 和 RO2 选择为 499k 和 35.7k 而将此电压设定为 18V。

电阻器 RS1，引脚 CSP 和 CSN，选择为 12mΩ 以把充电电流限值设定为 4.1A。

电阻器 RCL 被设定为 19.1k，它把电池充电电流设定为 4.0A。

电阻器 RS2，引脚 IN 和 CLN，选择为 5mΩ 以把输入电流限值设定为 10.0A。

电阻器 RCX 被选择为 21.0k。它采用 LTC4000 产品手册中的对应公式把充电终止电流设置为 0.4A。

引脚 IL 被置于开路状态，其定义了可用于检测输入电流的 50mV 最大电压。

Q1 和 Q2 选择了相同的 30-V Si7135DP PMOS。

有关充电电路组件选择的详细说明和建议可查阅 LTC4000 的产品手册。

设置 LTC3890

LTC3890 控制器有四种不同的版本 (LTC3890、-1、-2 和 -3)，各版本之间的差异在 LTC3890-3 产品手册的表 1 中做了说明。在该解决方案中选择了 LTC3890-3 控制器：该器件在发生过压的情况下不会永久地接通下管 MOSFET，这一点在电池供电型应用中是非常重要。不过，假如特定的功能是必需和重要的，那么可以使用四种 LTC3890 版本中的任何一种。

LTC3890 的 OUT2 ("电池输入"总线) 由分压器 RF1、RF2 设定为 22V，然而如上所述，实际的输出电压将绝对不会爬升到那么高的电平。通过选择 37.4k 电阻器将开关频率设定在 200kHz。电阻分压器 RO1 和 RO2 把 VOUT1 设定为 3.3V。

如欲选择功率链路组件，可以使用 LTC3890-3 的产品手册以及 LTspice 和 LTpowerCAD 仿真及设计工具。
 

HVDC 功率预算和转换器组件选择

HVDC 的功率预算 (P_HVDC) 组合了为电池充电所需的功率 P_BAT 以及低电压 DC/DC 转换器吸取的功率P_LVDC、Vload、Iload。LVDC 向负载输送的功率由标称电池电压 Vnom 确定。假设该电压将存在于最大电流和负载条件下：

P_HVDC= (P_BAT + P_LVDC / ηl) / ηh; P_HVDC= (Vnom * Ich + Vload * Iload / ηl) / ηh