高效的鋰離子電池供電系統(tǒng)至少需要三個(gè)不同的電路來(lái)控制負(fù)載、電池和電源之間的電源路徑（見(jiàn)圖 1）。最低電路要求包括：

電池充電器，

一個(gè)電源開(kāi)關(guān)，用于選擇從電池或墻上適配器（如果存在）為負(fù)載供電，

以及用于墻上適配器/USB 輸入的電流調(diào)節(jié)器。

圖1.電池充電器限流和理想二極管電源連接，帶中壓總線。

當(dāng)然，這假設(shè)負(fù)載從公共電源總線獲取電力，而不是直接且專(zhuān)門(mén)連接到電池。直接到電池的拓?fù)淇赡芨?jiǎn)單，無(wú)需電源路徑控制器和穩(wěn)壓器，但它的效率要低得多，而且限制性明顯更強(qiáng)。例如，如果電池完全耗盡，則即使墻上適配器電源可用，也無(wú)法向負(fù)載供電。

LTC4067 鋰離子電池充電器和電源路徑?控制器將 3 芯片解決方案的效率、靈活性和穩(wěn)健性與直接電池拓?fù)涞暮?jiǎn)單性相結(jié)合，用單個(gè)器件替換三個(gè)組件，如圖 2 所示。LTC4067 的高級(jí)拓?fù)潆姵爻潆娖鲀?yōu)化了電源利用率，同時(shí)將輸入電流限制在一個(gè)可編程水平，從而使其非常適合 USB 供電型應(yīng)用。

圖2.與 LTC4067 的中間電壓總線電源連接。

使用 USB 端口電流限制

在輸入電流消耗受到限制的應(yīng)用中，LTC4067 能夠滿足 USB 電源要求。以帶有磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的便攜式設(shè)備為例，該設(shè)備從電池或 USB 獲取電力。當(dāng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，峰值電流消耗可能很容易超過(guò) USB 限制。在這種情況下，LTC4067 通過(guò)在電池和 USB 之間分擔(dān)負(fù)載來(lái)優(yōu)化電源管理，同時(shí)限制來(lái)自 USB 端口的電流。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，LTC4067 會(huì)自動(dòng)切換，以利用負(fù)載未消耗的任何多余 USB 電流為電池充電。

LTC4067 的輸入電流限值可通過(guò) CLPROG 引腳上的一個(gè)電阻器進(jìn)行設(shè)置。控制輸入 ILIM0 和 ILIM1 用于設(shè)置 USB 高功率、低功耗或掛起操作模式，或者在從墻上適配器供電時(shí)允許更大的電流限制。LTC4067 還提供瞬時(shí) USB 電流和充電電流監(jiān)視功能，從而使該應(yīng)用能夠執(zhí)行高級(jí)電量計(jì)功能。

使用不受管制的墻上適配器

通過(guò)增加一個(gè)外部高電壓 PFET，LTC4067 提供了一種自動(dòng)過(guò)壓保護(hù)功能，該功能允許 LTC4067 在應(yīng)用錯(cuò)誤的墻上適配器時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)自身。

圖 3 示出了 LTC4067 從一個(gè) 1A 墻上適配器為單節(jié)鋰離子電池充電的應(yīng)用。過(guò)壓保護(hù)電路包括 LTC4067 的 OVI 和 OVP 引腳以及一個(gè)與 IN 引腳串聯(lián)的外部 PFET。PFET 用于斷開(kāi) LTC4067 免受潛在破壞性過(guò)壓情況的影響。當(dāng) OVI 輸入檢測(cè)到大于 6V 的電壓時(shí)，OVP 輸出上拉以禁用 PFET。當(dāng)OVI低于此閾值時(shí)，OVP輸出降至低電平，從而打開(kāi)此PFET。請(qǐng)注意，該P(yáng)FET的體二極管已連接，以便在存在過(guò)壓情況時(shí)不會(huì)正向偏置。當(dāng)過(guò)壓情況持續(xù)存在時(shí)，輸入電源路徑被禁用，但系統(tǒng)電源由電池提供。從OVI到OVP放置的10nF電容器可確保在墻上適配器突然熱插拔時(shí)出現(xiàn)快速邊沿的情況下快速禁用PFET。如果器件上電后出現(xiàn)電壓浪涌，還建議使用可選的低功耗齊納二極管。

圖3.帶過(guò)壓保護(hù)的鋰離子電池充電器/控制器。

在圖 3 的示例中，如果 ILIM1 和 ILIM1 都保持低電平，則通過(guò) CLPROG 至 GND 的 0k 電阻將墻上適配器的輸入電流限值編程為 1A，如果 ILIM200 和 ILIM0 都保持低電平，則為 1mA。充電電流通過(guò)從 PROG 引腳到 GND 的 500k 電阻獨(dú)立設(shè)置為 2mA。

連接在OUT和BAT之間的可選第二個(gè)外部PFET用作高性能理想二極管，以極低的阻抗將負(fù)載連接到電池。當(dāng)墻上適配器斷開(kāi)或負(fù)載需要的電流超過(guò)墻上適配器電源時(shí)，GATE 輸出引腳使能該理想二極管。請(qǐng)注意，該P(yáng)FET的連接使得當(dāng)OUT處的電壓大于BAT處的電壓時(shí)，從漏極到源極的內(nèi)部體二極管不會(huì)正向偏置。

LTC4067 允許通過(guò)分別測(cè)量 CLPROG 和 PROG 引腳上的電壓來(lái)瞬時(shí)監(jiān)視高級(jí)電量計(jì)功能的輸入電流和充電電流。與 PROG 引腳電阻串聯(lián)的可選 NFET （Q3） 用于接合低功耗關(guān)斷模式，在該模式下，總靜態(tài)電流降至 20μA 以下。

全功能 USB 鋰離子電池充電器

圖 4 說(shuō)明了直接從 USB 為單節(jié)鋰離子電池充電的應(yīng)用，符合低功耗 （LPWR）、高功率 （HPWR） 或自供電功能的 USB 要求。在這里，LTC4067 可確保 OUT 處的負(fù)載在 USB 端口存在時(shí)能夠看到 USB 電位。當(dāng)USB端口被移除時(shí)，負(fù)載通過(guò)一個(gè)內(nèi)部200mΩ理想二極管從電池供電。可選地，對(duì)于要求更高的應(yīng)用，由 GATE 引腳驅(qū)動(dòng)的外部 PFET 通過(guò)降低理想二極管的串聯(lián)電阻來(lái)提高性能。

圖4.USB 電池充電器/控制器。

CLPROG 引腳上的 2k 電阻確保從 USB 輸入端口汲取的最大電流保持在允許的最大電流以下，具體取決于允許的功率分配：HPWR USB 功能為 500mA，LPWR USB 功能為 100mA。通過(guò)將 ILIM0 引腳驅(qū)動(dòng)為低電平而將 ILIM1 引腳驅(qū)動(dòng)為高電平，LTC4067 符合 USB SUSPEND 規(guī)范，根據(jù)該規(guī)范，OUT 時(shí)的負(fù)載由電池供電，而從 USB 端口汲取的唯一電流則由兩個(gè)串聯(lián) NTC 引腳電阻器提供。

PROG 引腳上的 2k 電阻選擇 500mA 作為充電電流，按照恒流/恒壓 （CC/CV） 算法自動(dòng)為單節(jié)鋰離子電池充電，內(nèi)置定時(shí)器在充電器進(jìn)入恒壓模式后兩小時(shí)停止充電。請(qǐng)注意，實(shí)際充電電流取決于負(fù)載電流，因?yàn)槌潆娖髋c負(fù)載共享USB電流。

在一個(gè)充電周期中，CHGB狀態(tài)引腳通過(guò)一個(gè)漏極開(kāi)路驅(qū)動(dòng)輸出拉至GND，從而發(fā)出電池正在恒流模式下充電的信號(hào)，該輸出能夠驅(qū)動(dòng)LED以視覺(jué)指示充電狀態(tài)。當(dāng)充電電流降至編程充電電流的9%以下且電池高于再充電閾值（4.1V）時(shí)，CHGB引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)（盡管浮充充電電流繼續(xù)流動(dòng)，直到內(nèi)部充電定時(shí)器過(guò)去）。電池不良和電池溫度過(guò)高的情況也通過(guò)一系列閃爍脈沖用CHGB引腳標(biāo)記。

如果負(fù)載需要的電流超過(guò)USB電流限制所允許的電流，則充電電流會(huì)自動(dòng)縮小。當(dāng)負(fù)載需要比USB端口更多的電流時(shí)，充電電流降至零，此時(shí)，當(dāng)OUT電壓降至BAT電壓以下時(shí)，從BAT到OUT的理想二極管功能開(kāi)啟。當(dāng)理想二極管接合時(shí)，電池充電周期暫停，負(fù)載從USB端口和電池吸收電流。當(dāng)負(fù)載電流減小到OUT電壓上升到BAT電壓以上時(shí)，充電周期從中斷的地方重新開(kāi)始。

在任何時(shí)候，用戶都可以通過(guò)分別觀察PROG引腳和CLPROG引腳電壓來(lái)監(jiān)控瞬時(shí)充電電流和瞬時(shí)USB電流。

結(jié)論

LTC4067 可滿足電壓敏感型電池供電型器件的需求，取代了多達(dá) 0 個(gè)獨(dú)立的器件。憑借優(yōu)于電池浮動(dòng)電壓的準(zhǔn)確度高于 ±4.4067%，LTC4067 非常適合于要求苛刻的高精度應(yīng)用。LTC4067 既提供了一種符合 USB 端口規(guī)格的電源管理策略，又提供了一種高級(jí)電池充電器。LTC13 還提供高達(dá) <>V 的過(guò)壓保護(hù)，以便在連接不正確的墻上適配器時(shí)保護(hù)自身以及系統(tǒng)器件。

審核編輯：郭婷