Arhitektura napajanja mnogih industrijskih ili medicinskih uređaja često je slična arhitekturi velikog-pametnog telefona s zaslonom. Tipično, 3,7V (konačni napon punjenja ili "plutajući" napon od 4,2V) Li-Ion se koristi kao glavni izvor energije zbog svoje visoke gustoće energije po jedinici težine (Wh/kg) i gustoće energije po jedinici volumen (Wh/m3) . U prošlosti su mnogi{7}}uređaji velike snage koristili dvije 7,4V (8,4V plutajući napon) Li-ionske baterije kako bi zadovoljili zahtjeve za napajanjem, ali zbog dostupnosti jeftinog upravljanja napajanjem od 5V, sve više i više ručni uređaji koriste arhitekturu nižeg napona, što omogućuje korištenje jedne-ćelijske Li-ionske baterije. Tipični prijenosni medicinski ili industrijski uređaj ima mnogo funkcija i vrlo veliki (za prijenosne uređaje) zaslon zaslona. Kada se napaja baterijom od 3,7 V, njezin se kapacitet mora mjeriti u tisućama milivat sati. Da bi se tako velika baterija napunila za nekoliko sati potrebna je struja punjenja od nekoliko ampera.
Nizak 3,6 V plivajući napon LiFePO4 baterija sprječava korištenje standardnih Li-Iona. Nepravilno punjenje može uzrokovati nepopravljivu štetu ovoj bateriji. Precizno punjenje plivajućim naponom produžit će vijek trajanja baterije. Prednosti LiFePO4 baterija u usporedbi s litij-ionskim-baterijama na bazi kobalta- uključuju veću volumetrijsku gustoću energije i manju sklonost prijevremenom kvaru.
Glavna ograničenja dizajna sažeta su kako slijedi:
Baterije velikog{0}}kapaciteta zahtijevaju veliku struju punjenja i visoku učinkovitost
Mnoge prijenosne aplikacije, uključujući industrijsku i medicinsku opremu, zahtijevaju praktičnost punjenja kompatibilnog s USB-om{0}
LiFePO4 baterije imaju posebne zahtjeve za punjenje, naime niži napon plutanja, i imaju neke utješne prednosti u odnosu na Li{1}}Ion baterije
Bilo koje IC rješenje o kojem se gore raspravljalo koje zadovoljava ova ograničenja dizajna mora biti kompaktno i monolitno, sposobno za brzo, učinkovito punjenje jednoćelijskih baterija velikog-kapaciteta i kompatibilno s novim kemijama kao što je litij-željezo-fosfat. Takav bi uređaj mogao biti katalizator za povećanje globalnog prihvaćanja prijenosnih industrijskih i medicinskih proizvoda s baterijama velikog{2}}kapaciteta.
Rješavanje energetskih izazova prijenosnih uređaja koji koriste jednoćelijske baterije
Iako se gore navedeni zahtjevi mogu činiti nemogućim ispuniti s monolitnim IC-om, pogledajte LTC4156. LTC4156 slijedi popularni LTC4155-baziran na litiju i predstavlja veliku-snagu, I2C-kontroliranu, visoko{7}}učinkovit PowerPath™ upravitelj, idealan kontroler i litij željezo fosfat ( LiFePO4) punjač baterija za prijenosne aplikacije koje koriste jedno{9}}celične baterije, kao što su prijenosna medicinska i industrijska oprema, rezervna oprema i aplikacije s baterijskim-napajanjem velike gustoće snage. IC je dizajniran tako da učinkovito isporučuje do 15 W snage iz raznih izvora napajanja, uz minimalnu potrošnju energije i ublažavanje toplinskih ograničenja proračuna. Prolaz-kroz topologiju LTC4156 neprimjetno upravlja distribucijom energije s dva ulazna izvora, kao što su AC adapter i USB priključak, do punjive litij-željezo-fosfatne baterije uređaja, dok daje prednost opterećenju sustava kada je ulazna snaga ograničena. Vidi sliku 1.
Slika 1: Tipični aplikacijski krug za LTC4156
Zbog uštede energije, LTC4156 dopušta da izlazna struja opterećenja premašuje struju koju povlači ulazno napajanje, čime se maksimalno povećava korištenje raspoložive snage za punjenje baterije bez prekoračenja specifikacije ulaznog napajanja. Na primjer, kada se napaja preko 5V/2A AC adaptera s 10W raspoložive snage, prekidač IC-a može učinkovito isporučiti preko 85 posto raspoložive snage, osigurati do ~2,4A struje punjenja i brže puniti. Za razliku od uobičajenih preklopnih punjača baterija, LTC4156 ima trenutni rad-kako bi osigurao da je napajanje dostupno čim se sustav uključi, čak i kada je baterija duboko ispražnjena. Budući da podržava USBOTG (On-the-Go), može zauzvrat osigurati napajanje od 5V za USB priključak bez ikakvih dodatnih komponenti.
LTC4156 autonomni pun-obuhvatni jednoćelijski LiFePO4 punjač baterija može isporučiti do 3,5 A struje punjenja s 15 korisničkih-korisničkih postavki struje punjenja koje mogu odabrati. Punjač uključuje automatsko ponovno punjenje, otkrivanje loše baterije, programabilni sigurnosni mjerač vremena, punjenje prilagođeno kontroliranoj temperaturi, programabilnu indikaciju/završetak{8}}napunjenja{9}}napunjenja i programabilne prekide. LTC4156 je pakiran u niskoprofilni (0.75mm) 28-pinski 4mmx5mmQFN kućište i zajamčeno će raditi u temperaturnom rasponu od -40C do 125C.
Visoko učinkovit unutarnji prekidački regulator
Preklopni regulator LTC4156 radi poput transformatora, dopuštajući da struja opterećenja na VOUT premaši struju koju povlači ulazni izvor napajanja, a mogućnost potpunog punjenja baterije dostupnom snagom uvelike je poboljšana u usporedbi s tipičnim punjačima s linearnim načinom rada. Prethodni primjeri ilustriraju kako LTC4156 može učinkovito puniti do 3,5 A, što omogućuje veće brzine punjenja. Za razliku od običnih preklopnih punjača baterija, LTC4156 ima trenutni rad-kako bi osigurao da napajanje bude dostupno sustavu čim se uključi, čak i kada je baterija prazna ili duboko ispražnjena.
Slika 2: Učinkovitost LTC4156VOUT u odnosu na struju opterećenja
Sigurnije za baterije
Važno je pratiti sigurnost baterije prilikom brzog punjenja baterije. Kada temperatura baterije padne ispod 0C ili poraste iznad 60C (mjereno vanjskim negativnim temperaturnim koeficijentom NTC termistora), LTC4156 automatski prestaje puniti. Uz ovu autonomnu značajku, LTC4156 pruža prošireni-skala 7-alogno-alogno-digitalni pretvarač (ADC) za praćenje temperature baterije s razlučivosti od ~1C (vidi sliku 3 ). Ovaj ADC, u kombinaciji s 4 dostupne postavke napona u plutanju i 15 postavki struje punjenja baterije, može se koristiti za izgradnju prilagođenih algoritama punjenja na temelju temperature baterije.
Slika 3: 7-bitni termistor ADC koji prikazuje unaprijed postavljene temperature LTC4156 isklopne točke
Za mnoge prijenosne aplikacije kao što su tabletna računala ili industrijski skeneri barkodova, dovoljno je upravljanje s dva ulaza (npr. USB i AC adapter). Međutim, dizajneri prijenosnih uređaja neprestano traže načine za punjenje baterija iz bilo kojeg dostupnog izvora napajanja. Dvostruki-ulazni, prioritetni multipleksor LTC4156 autonomno odabire najprikladniji ulaz (AC adapter ili USB) na temelju korisnički-definiranog prioriteta (zadani prioritet je ulaz adaptera). Krug zaštite od prenapona (OVP) štiti oba ulaza istovremeno od oštećenja uzrokovanih slučajno primijenjenim visokim ili obrnutim naponima. Idealni diodni kontroler LTC4156 jamči da je za VOUT uvijek dostupna dovoljna snaga čak i ako je ulazna snaga nedovoljna ili nepostojeća-. Kako bi se smanjilo curenje baterije kada je uređaj spojen na USB priključak u stanju mirovanja, LDO se postavlja između VBUS-a i VOUT-a kako bi se aplikaciji osigurala dopuštena USB struja obustave. Kako bi se uklonilo curenje baterije tijekom proizvodnje i prodaje, značajka "pošalji i pohrani" dodatno smanjuje ionako nisku pričuvnu struju baterije na gotovo nulu.
Konačno, LTC4156 je u potpunosti pin- i komponentni-kompatibilan s verzijom LTC4155 Li-Ion, što omogućuje fleksibilnost i praktičnost kemijske-baterije u posljednjem trenutku bez potreba za velikim-preuređivanjem područja.
u zaključku
Za novu prijenosnu industrijsku i medicinsku opremu, posao dizajnera je iznimno izazovan, posebno kada je riječ o snazi. Funkcije koje zahtijevaju{0}} Enterprise sve više zahtijevaju više energije i, kao rezultat, veće baterije. U isto vrijeme, ljudi trebaju udobnost i žele puniti ove baterije bilo kojim izvorom energije. Litij-željezo-fosfatne baterije postaju glavni izbor zbog svoje inherentne sigurnosti, niskog napona plutanja, duljeg vijeka trajanja, niže-stope samopražnjenja i relativno male težine. No, kao i sa svakom punjivom baterijom, s litij-željezo-fosfatnim baterijama mora se postupati pažljivo. Iako su ovi trendovi u prijenosnim izvorima napajanja stvorili izazove u dizajnu, LTC4156 čini stvari puno lakšim. U niskonaponskim sustavima, LTC4156 učinkovito isporučuje do 3,5 A struje punjenja, istovremeno pružajući visoke performanse i sigurnosne značajke.
