恒压恒流充电控制器介绍

摘要：介绍带有预置电压和终止标志的恒流/恒压充电控制器LT1571系列电路的特点、引脚功能、工作原理及其典型应用。

1概述

LT1571电路是一种简单、高效、可对电池快速充电的脉宽调制式充电控制器。它可以对LiIon、NiMH、NiCd电池进行恒压/恒流充电。器件内部的晶体管可以输出1.5A直流电流（2A峰值电流），器件内部的电流传感电阻器可以将充电电流精度控制在5％以内。恒压输出可以选择每节电池为4.1V或4.2V，精度为0.6％。

LT1571可以充电的电池范围为1V～20V，高效率、小体积的充电器可以提供的最大开关频率为200kHz（LT15711， LT15712）、500kHz（LT15715），当充电电流降低到设定的20％时，FLAG引脚上将输出一个电平信号以指示LiIon电池已接近充满。LT15711、LT15712是28引脚的窄间距SSOP型封装。LT15715是16引脚的窄间距SSOP型封装。

表1列出LT1571系列的主要特点及功能。

LT1571系列的极限参数如下：

供电电压VCC：28V

表1LT1571系列的性能 型号 特点 功能 LT1505 恒流/恒压充电控制器，带输入限流 高效同步Buck拓扑，使用外接N沟MOS管，带预置电压及输入限流。 LT1510 200kHz恒流/恒压充电控制器 最大充电电流1.5A，用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。 LT15105 500kHz恒流/恒压充电控制器 最大充电电流1A，用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。 LT1511 200kHz恒流/恒压充电控制器，带输入限流 最大充电电流3A，用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。 LT1512 500kHz恒流/恒压充电控制器 采用SEPIC拓扑，输入电压可高于也可低于电池电压，最大充电电流1.5A，用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。 LT1513 500kHz恒流/恒压充电控制器 采用SEPIC拓扑，输入电压可高于也可低于电池电压，最大充电电流2A，用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。 LTC1729 LiIon电池充电控制器 带自动结束功能，C/10充电速率检测及定时功能。 LTC1731 线性恒流/恒压充电控制器 线路简单，使用外部MOS管，可预置电压，C/10充电速率检测，可预置充电时间。 LTC1759 带SMBUS（总线控制型）的恒流/恒压智能充电控制器 在LT1505基础上外加SMBUS。 LT1769 200kHz恒流/恒压充电控制器 最大充电电流2A，用于LiIon、NiCd、NiMH及铅酸电池。

 

图1引脚排列

BOOST引脚相对于VCC电压：20V

开关电流（峰值）：2A

FLAG引脚输出电平：VCC

2引脚说明

　　LT1571的引脚如图1所示。内部原理框图如图2所示。各个引脚的功能如下所述。

GND：接地引脚。

SW：NPN功率管的发射极，外部电路的肖特基二极管在连接到SW引脚和GND引脚间的走线必须很短。

VCC1、VCC2：输入供电引脚。为了更好的旁路，要求连接一个低ESR，10μF或更高容量的电容器，引线尽量短。VCC应该在8V和 26V间变化，当VBAT低于10V时，VCC至少要高于VBAT2V，当VBAT大于10V时，VCC至少要高于VBAT2.5V，当VCC低于7V （典型值）时，欠压锁定装置启动，输出晶体管关断。注意从SW引脚

到VCC引脚有一个内部寄生二极管（当接电池时，不要使VCC低于SW的值超过0.7V）。

　　BOOST：这个引脚用来自举、驱动NPN开关管到一个低导通电压值，对于低功耗的功率管，当晶体管导通时，VBOOST=VCC＋VBAT。对于更低的功率耗散来说，VBOOST=3V～6V。

　　SENSE：电流放大器CA1的输入引脚，可从电池的＋、－极传感。注意电流传感电阻器RS1（0.08Ω）连接在SENSE引脚与BAT引脚之间。

　　BAT1：电流放大器CA1的输入引脚。

　　BAT2（LT15712，LT15715）：这个引脚用来连接电池和内部预置电压设定电阻器。当器件处于关断状态或输入电源未连接时，内部开关电路不连接从电池来的电阻分压器。不连接的作用是消除来自电阻分压器的漏电流。如果用内部预定分压器，BAT2引脚连接到电池阳极。否则，此引脚连接到地，在此引脚上的最大电压为20V。

　　PROG：这个引脚控制充电电流及系统回路补偿。充电电流可以这样计算：2000×从PROG引脚流出的电流。在正常操作期间， VPROG保持在2.465V左右。如果PROG引脚短接到地，开关管停止工作，采用微处理控制器DAC来设定充电电流，它必须能吸收电流，使之保持在 2.465V左右。

　　VC：这是电流模式PWM的内部回路控制信号，在0.9V时转换开始，在正常工作情况下，更高的VC对应更高的充电电流。至少 0.1μF的电容器接地以滤除噪音并控制软启动速率。此引脚拉低于0.6V时，器件关断。流出此引脚的典型电流是60μA。当VC被拉低于40mV时， LT1571供给电流降低到典型值150μA。

　　SELECT（LT15712，LT15715）：这个引脚用来选择预定电池电压。对于LT15712来说，此引脚开路选择 8.2V电池，此引脚接地选择8.4V电池。对于LT15711来说，此引脚开路选择4.1V电池，此引脚接地选择4.2V电池。对于其它的电池电压，用可调的LT15711。

图2内部原理框图

　　VFB（LT15711）：这个引脚是用一个2.465V的阈值输入到放大器VA（如方框图所示）。典型输入电流大约3mA。当给电池充电时，VA监测电池电压，当电池电压达到预定值时，减小充电电流。如果不用它（仅恒流模式），VFB引脚应该接地。

　　CAP：一个从CAP引脚到地的0.1μF的电容器是必需的，滤除取样的充电电流信号，当充电电流降到设定的最大充电电流的20％时，这个滤波信号用来置位FLAG引脚。在CAP引脚加一个电阻器能将阈值电平设置成设定的最大充电电流的7.5％。

　　FLAG：这个引脚是一集电极开路输出端，用来指示充电结束。当充电电流降低到设计的充电电流的某一百分点时，FLAG引脚由低电平驱动。可认为是CAP引脚的作用。如果用了这个功能，就需要一个上拉电阻器。这个引脚能耗散至少1mA，这个引脚上的最大电压是VCC。

3工作原理

　　LT1571是电流模式的PWM降压充电器，电池的充电电流由在PROG引脚的电阻器RPROG（或一个DAC输出电流）来设定（参见方框图）。放大器CA1通过RS1将该充电电流转换成更低的电流IPROG（500μA/A）反馈到PROG引脚。放大器CA2将CA1的输出与设定的电流加以比较，驱动PWM回路调整使其相等。高精度的直流输出电流实际上是由具有平均作用的电容CPROG得到的。注意IPROG有AC和DC分量。 IPROG通过R1产生斜坡信号反馈到PWM控制比较器C1、通过缓冲器B1、分压电阻器R2和R3，形成电流控制的内部环路。BOOST引脚驱动NPN 管进入饱和导通状态以减小功率损耗。

　　对于LiIon类型的要求恒压和恒流充电方式的电池，当电池电压达到设定值时，具有0.5％精度的2.465V的电压基准，以及放大器VA共同减小充电电流。对于NiMH和NiCd电池，VA可以用作过压保护。在输入电压降低或关断过程中，VCC引脚电压降到比电池电压低0.7V 时，此时系统强迫充电器进入电池低漏电（5μA典型值）的睡眠状态。要关断充电器，简单地用一个晶体管将VCC引脚拉低即可。

　　比较器E6监控充电电平，当充电处于电压模式下，充电电流减小到20％或更低时，E6输出一个信号到FLAG以指示充电结束。这一信号也可用来启动一个定时器以表示充电结束。

4相关参数的设定

4.1充电电流的计算

　　充电电流的基本公式（参见图2）为

IBAT=IPROG×2000=2.465V/RPROG×2000

式中，RPROG是从PROG引脚到地的总阻值。

例如，需要1A的充电电流，则

RPROG=2.465V×2000/1A=4.93k

充电电流也可由脉宽调制IPROG,用一个开关管Q1到RPROG以一个高于几千Hz的频率来设计计算。充电电流与Q1的占空比成比例,在100％的占空比下可以达到满载电流。

图3设定其他电池电压

图4LT15715组成的一节

LiIon电池充电电路（0.8A）

图5200kHz充电LiIon电池的充电电路

（1A，效率>87％）