Los controladores de carga de iones de litio lineales de caída baja evitan la sobrecarga y ahorran espacio en la placa

Introducción

Las baterías de iones de litio (Li-Ion) son la fuente de energía preferida para los pequeños dispositivos electrónicos portátiles de hoy en día debido a su peso liviano y alta densidad de energía. Hay una serie de dificultades involucradas en la carga de estas baterías. Si se sobrecargan, pueden volverse peligrosos para los usuarios.

Los LTC1731/LTC1732 son controladores de carga lineales de corriente constante/voltaje constante para baterías de iones de litio de una sola celda. La precisión del voltaje de salida es del 1 % (máx.) en el rango de –40 °C a 85 °C, lo que evita la posibilidad de sobrecarga. El potencial flotante de salida se establece internamente en 4,1 V o 4,2 V para el LTC1731 y se puede seleccionar mediante pines para el LTC1732, lo que elimina la necesidad de un costoso divisor externo de resistencia del 0,1 %. La corriente de carga es programable por el usuario con una precisión del 7%. El pequeño tamaño de los modelos LTC1731 y LTC1732, junto con la pequeña cantidad de piezas externas requeridas, los hace ideales para su uso en productos portátiles y de mano, donde el espacio en la placa es escaso.

Al comienzo del ciclo de carga, si el voltaje de la batería es bajo (menos de 2,457 V), el LTC1731/LTC1732 precargará la batería con el 10 % de la corriente de escala completa para evitar sobrecargar la batería agotada. La carga finaliza con un temporizador programado por el usuario. Después de que se agote el tiempo, la carga se puede reiniciar quitando y volviendo a aplicar la fuente de voltaje de entrada o apagando la parte momentáneamente. Un fin de carga incorporado (C/10) el comparador indica que la corriente de carga ha caído al 10% de la corriente de escala completa. La salida de este comparador también se puede utilizar para detener la carga antes de que se agote el tiempo.

El LTC1731 está disponible en los paquetes MSOP y SO de 8 pines, mientras que el LTC1732 está disponible en el paquete MSOP de 10 pines.

Características de LTC1731/LTC1732

LTC1731 y LTC1732 ofrecen las siguientes funciones:

• Controlador de cargador lineal completo
• 1% de precisión de voltaje
• Versiones de salida preestablecidas de 4,1 V o 4,2 V
• Temporizador de terminación de carga programable
• Corriente de carga programable
• C/10 salida de detección de corriente de carga
• Modo de suspensión automático cuando se retira el suministro de entrada
• Carga lenta automática de celdas de bajo voltaje
• Baja deserción
• Seleccione el pin para establecer 4,1 V o 4,2 V (LTC1732)
• Detección de inserción de batería y carga automática de batería baja (LTC1732)

Descripción del circuito

La Figura 1 es un diagrama de bloques del LTC1731. La corriente de carga se programa mediante la combinación de una resistencia de programa, R_PROGy una resistencia de sentido, R_SENTIDO. R_PROG establece la corriente de programación a través de una resistencia interna recortada de 800 Ω, configurando una caída de voltaje de V_CC a la entrada del amplificador de corriente (CA). El amplificador de corriente controla la puerta de un MOSFET de canal P externo para forzar una caída de voltaje igual en R_SENTIDO, que, a su vez, establece la corriente de carga. Cuando el potencial en el pin BAT se acerca al voltaje de flotación preestablecido, el amplificador de voltaje (VA) comienza a hundir la corriente, lo que disminuye la caída de voltaje requerida en R_SENTIDOreduciendo la corriente de carga.

La carga comienza cuando el potencial en la V_CC el pin se eleva por encima del nivel de UVLO y se conecta una resistencia de programa desde el pin PROG a tierra. Al comienzo del ciclo de carga, si el voltaje de la batería es inferior a 2,457 V, el cargador entra en modo de carga lenta. La corriente de carga lenta es el 10% de la corriente de escala completa. Si el voltaje de la batería se mantiene bajo durante una cuarta parte del tiempo total de carga programado, la secuencia de carga terminará.

El cargador entra en el modo de corriente constante de carga rápida después de que el voltaje en el pin BAT supera los 2,457 V. En el modo de corriente constante, la corriente de carga se establece mediante la combinación de R_SENTIDO y R_PROG. Cuando la batería se acerca al voltaje de flotación final, el bucle de voltaje toma el control y la corriente de carga comienza a disminuir. Cuando la corriente cae al 10% de la corriente de carga a escala completa, un comparador interno apaga el MOSFET de canal N desplegable en el CHRG pin y conecta una fuente de corriente débil a tierra para indicar un final de carga (C/10) condición.

Un capacitor externo en el pin TIMER establece el tiempo total de carga. Después de que ocurre un tiempo de espera, la carga finaliza inmediatamente y el CHRG pin es forzado a un estado de alta impedancia. Para reiniciar el ciclo de carga, simplemente retire el suministro de entrada y vuelva a aplicarlo o haga flotar el pin PROG momentáneamente.

Para baterías como las de iones de litio que requieren un potencial de flotación final preciso, la referencia interna de 2,457 V, el amplificador de voltaje y el divisor de resistencia brindan una regulación con una precisión superior al 1 %. Para baterías NiMH y NiCd, el LTC1731/LTC1732 se puede convertir en una fuente de corriente conectando el pin TIMER a V_CC. Cuando está en el modo de corriente constante únicamente, el amplificador de voltaje, el temporizador y la función de carga lenta están desactivados.

Cuando el voltaje de entrada no está presente, el cargador entra en modo de suspensión, cayendo I_CC a 7 µA. Esto reduce en gran medida el consumo de corriente de la batería y aumenta el tiempo de espera. El cargador se puede apagar haciendo flotar el pin PROG. Una fuente de corriente interna elevará el voltaje de este pin y lo sujetará a 3.5V.

El LTC1732 está equipado con una fuente de alimentación de CA (ACPR) para indicar que el suministro de entrada (adaptador de pared) está aplicado y por encima del nivel de bloqueo por bajo voltaje. El pin SEL permite a los usuarios establecer el potencial de flotación final de la batería en 4,1 V o 4,2 V. El LTC1732 también tiene un comparador interno que monitorea el potencial de la batería y vuelve a encender el cargador cuando V_MURCIÉLAGO cae por debajo de 3.8V. Esta característica mantendrá la batería casi completamente cargada después de que haya ocurrido un tiempo de espera mientras la batería permanece insertada.

Corriente de carga de programación

La fórmula para la corriente de carga de la batería es:

yo_MURCIÉLAGO = (yo_PROG) • (800Ω/R_SENTIDO) = (2.457 V/R_PROG) • (800Ω/R_SENTIDO)

donde R_PROG es la resistencia total del pin PROG a tierra.

Por ejemplo, si se necesita una corriente de carga de 500 mA, seleccione un valor para R_SENTIDO eso caerá 100mV a la corriente de carga máxima.

R_SENTIDO = 0.1V/0.5A = 0.2Ω, luego calcule:

R_PROG = (2.457V/500mA) • (800Ω/0.2Ω) = 19.656k

Para obtener la mejor precisión sobre la temperatura y el tiempo, se recomiendan resistencias del 1 %. El valor de resistencia al 1% más cercano es 19,6k.

Aplicaciones Típicas

Cargador de batería lineal de celda única de 500 mA

La Figura 2 muestra un cargador de batería de una sola celda típico que usa el LTC1732-4 con un rango de entrada de 5 V a 12 V y una corriente de carga de 500 mA. Una resistencia de programa (R_PROG) establece una caída de voltaje de 100 mV en la resistencia de detección (R_SENTIDO). Con R_SENTIDO = 0,2 Ω, la corriente de carga se establece en 500 mA. Cuando el voltaje de la batería aumenta al nivel preestablecido de 4,1 V, el LTC1732 pasa al modo de voltaje constante y la corriente de carga se reduce gradualmente. Cuando la corriente de carga alcanza el 10% de la corriente de escala completa, el CHRG La salida del pin cambia de un MOSFET de canal N fuerte desplegable a una fuente de corriente desplegable débil de 25 µA para indicar el C/10 condición. Una vez que se acaba el tiempo (tres horas), el pin DRV se eleva y el CHRG la salida del pin pasa a un estado de alta impedancia. El pin SEL está en cortocircuito a tierra para establecer el potencial de flotación final de la batería en 4,1 V.

Cargador de batería de una sola celda de 1,5 A

El LTC1731 también se puede conectar como un cargador de batería basado en conmutador para aplicaciones de corriente de carga más altas (consulte la Figura 3). Al igual que en el cargador lineal, la corriente de carga la establecen R3 y R4. los CHRG La salida del pin indicará un final de carga (C/10) condición cuando la corriente promedio cae al 10% del valor de escala completa. Se requiere un condensador de derivación de 220 µF en el pin BAT para mantener bajo el voltaje de ondulación.

Conclusión

El LTC1731 es un cargador de batería de iones de litio muy compacto, con pocas piezas y de bajo costo. El temporizador programable incorporado proporciona terminación de carga sin interfaz con un microprocesador.