Arhitektura napajanja mnogih industrijskih ili medicinskih uređaja često je slična arhitekturi pametnog telefona sa velikim{0}} ekranom. Tipično, 3,7V (konačno punjenje ili "plutajući" napon od 4,2V) Li-Ion se koristi kao glavni izvor energije zbog svoje velike gustine energije po jedinici težine (Wh/kg) i gustine energije po jedinici zapremina (Wh/m3) . U prošlosti, mnogi uređaji velike snage koristili su dvije 7,4V (8,4V plutajući napon) Li-Ion baterije kako bi ispunili zahtjeve za napajanjem, ali zbog dostupnosti jeftinog upravljanja napajanjem od 5V, sve više i više ručni uređaji koriste niskonaponsku arhitekturu, što omogućava korištenje jedne-ćelijske Li-ionske baterije. Tipičan prijenosni medicinski ili industrijski uređaj ima mnogo funkcija i vrlo veliki (za prijenosne uređaje) ekran. Kada se napaja baterijom od 3,7 V, njen kapacitet se mora mjeriti u hiljadama milivat sati. Da bi se tako velika baterija napunila za nekoliko sati potrebna je struja punjenja od nekoliko ampera.
Nizak 3,6V float napon LiFePO4 baterija onemogućava upotrebu standardnih Li-Ion. Nepravilno punjenje može uzrokovati nepopravljivu štetu ovoj bateriji. Precizno punjenje plivajućim naponom produžit će vijek trajanja baterije. Prednosti LiFePO4 baterija u poređenju sa litijum-jonskim baterijama na bazi kobalta-baziranih- uključuju veću zapreminsku gustinu energije i manju sklonost preranom kvaru.
Glavna ograničenja dizajna su sažeta na sljedeći način:
Baterije velikog{0}}kapaciteta zahtijevaju veliku struju punjenja i visoku efikasnost
Mnoge prijenosne aplikacije, uključujući industrijsku i medicinsku opremu, zahtijevaju pogodnost USB-kompatibilnog punjenja
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 govori koje zadovoljava ova ograničenja dizajna mora biti kompaktno i monolitno, sposobno za brzo, efikasno punjenje jednoćelijskih baterija velikog-kapaciteta i kompatibilno s novim hemijama kao što je litijum željezo fosfat. Takav uređaj bi mogao biti katalizator za povećanje globalnog usvajanja prenosivih industrijskih i medicinskih proizvoda s baterijama velikog-kapaciteta.
Rješavanje energetskih izazova prijenosnih uređaja koji koriste jednoćelijske baterije
Iako se gore navedeni zahtjevi mogu činiti nemogućim ispuniti sa monolitnim IC-om, pogledajte LTC4156. LTC4156 prati popularni LTC4155-bazirani na litijumu i predstavlja moćan, I2C-kontrolisani, visoko efikasan PowerPath™ menadžer, idealan kontroler i litijum gvožđe fosfat ( LiFePO4) punjač baterija za prijenosne aplikacije koje koriste jedno-ćelijske baterije, kao što su prijenosna medicinska i industrijska oprema, rezervna oprema i aplikacije sa baterijskim{10}}napajanjem velike gustine energije. IC je dizajniran da efikasno isporučuje do 15 W snage iz različitih izvora napajanja, uz minimiziranje potrošnje energije i ublažavanje termičkih budžetskih ograničenja. LTC4156 prolazi-kroz topologiju neprimjetno upravlja distribucijom energije sa dva ulazna izvora, kao što su AC adapter i USB port, do punjive litijum-gvozdeno-fosfatne baterije uređaja, dok daje prioritet napajanju za opterećenje sistema kada je ulazna snaga ograničena. Vidi sliku 1.
Slika 1: Tipični aplikacioni krug za LTC4156
Zbog uštede energije, LTC4156 dozvoljava da izlazna struja opterećenja premaši struju koju povlači ulazno napajanje, čime se maksimizira upotreba raspoložive snage za punjenje baterije bez prekoračenja specifikacije ulaznog napajanja. Na primjer, kada se napaja preko 5V/2A AC adaptera sa 10W raspoložive snage, prekidač IC-a može efikasno isporučiti preko 85 posto raspoložive snage, obezbijediti do ~2,4A struje punjenja i puniti se brže. Za razliku od uobičajenih punjača baterija, LTC4156 ima trenutni rad-kako bi se osiguralo da je napajanje dostupno čim se sistem uključi, čak i kada je baterija duboko prazna. Pošto podržava USBOTG (On-the-Go), može zauzvrat osigurati napajanje od 5V za USB port bez ikakvih dodatnih komponenti.
LTC4156 autonomni pun-obuhvatni jednoćelijski punjač LiFePO4 baterija sa jednom-punom može isporučiti do 3,5A struje punjenja sa 15 korisničkih{7}}podešavanja struje punjenja koje mogu odabrati. Punjač uključuje automatsko punjenje, detekciju loše baterije, programibilni sigurnosni tajmer, kontrolirano temperaturno kvalificirano punjenje, programabilnu indikaciju/prekid punjenja{8}}o-napunjenosti i programabilne prekide. LTC4156 je upakovan u niskoprofilni (0.75mm) 28-pinski 4mmx5mmQFN paket i garantovano radi u temperaturnom opsegu od -40C do 125C.
Visoko efikasan interni prekidački regulator
Preklopni regulator LTC4156 radi kao transformator, dozvoljavajući struji opterećenja na VOUT da premaši struju koju povlači ulazno napajanje, a mogućnost potpunog punjenja baterije dostupnom snagom je znatno poboljšana u poređenju sa tipičnim punjačima u linearnom režimu. Prethodni primjeri ilustruju kako LTC4156 može efikasno puniti do 3,5 A, omogućavajući veće brzine punjenja. Za razliku od običnih preklopnih punjača baterija, LTC4156 ima trenutni rad-kako bi se osiguralo da je napajanje dostupno sistemu čim se uključi, čak i kada je baterija prazna ili duboko ispražnjena.
Slika 2: LTC4156VOUT efikasnost 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 da se puni. Pored ove autonomne karakteristike, LTC4156 pruža proširenu-skalu 7-alogno-u digitalni pretvarač (ADC) za praćenje temperature baterije sa rezolucijom od ~1C (vidi sliku 3 ). Ovaj ADC, u kombinaciji sa 4 dostupna podešavanja plivajućeg napona i 15 postavki struje punjenja baterije, može se koristiti za izgradnju prilagođenih algoritama punjenja na osnovu temperature baterije.
Slika 3: 7-bitni termistor ADC koji prikazuje unaprijed postavljene tačke isključenja temperature LTC4156
Za mnoge prenosive aplikacije kao što su tablet računari ili industrijski skeneri bar kodova, dovoljno je upravljanje 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 multipleksor LTC4156 sa prioritetom autonomno bira najprikladniji ulaz (AC adapter ili USB) na osnovu korisnički-definisanog prioriteta (podrazumevani prioritet je ulaz adaptera). Kolo za zaštitu od prenapona (OVP) štiti oba ulaza istovremeno od oštećenja uzrokovanih slučajno primijenjenim visokim ili obrnutim naponima. Idealni diodni kontroler LTC4156 garantuje da je dovoljna snaga uvijek dostupna za VOUT čak i ako je ulazna snaga nedovoljna ili nepostojeća -. Da bi se smanjilo curenje baterije kada je uređaj povezan na USB port u suspend modu, LDO se postavlja između VBUS-a i VOUT-a kako bi se aplikaciji osigurala dozvoljena USB struja obustave. Da bi se eliminisalo curenje baterije tokom proizvodnje i prodaje, funkcija "pošalji i pohrani" dodatno smanjuje ionako nisku rezervnu struju baterije na skoro nulu.
Konačno, LTC4156 je u potpunosti pin- i komponentni-kompatibilan sa verzijom LTC4155 Li-Ion, omogućavajući fleksibilnost i praktičnost kemijske-baterije u posljednjem trenutku bez potreba za velikim-preuređivanjem područja.
u zakljucku
Za novu prenosivu industrijsku i medicinsku opremu, posao dizajnera je izuzetno izazovan, posebno kada je uključena energija. Funkcije koje zahtijevaju preduzeća{0}} sve više zahtijevaju više energije i, kao rezultat, veće baterije. U isto vrijeme, ljudima je potrebna udobnost i žele puniti ove baterije bilo kojim izvorom napajanja. Litijum-gvožđe-fosfatne baterije postaju glavni izbor zbog svoje inherentne sigurnosti, niskog napona plutanja, dužeg životnog ciklusa, niže stope samopražnjenja i relativno male težine. Ali kao i sa svakom punjivom baterijom, sa litijum-željezo-fosfatnim baterijama se mora postupati pažljivo. Iako su ovi trendovi u prijenosnim izvorima napajanja stvorili izazove u dizajnu, LTC4156 čini stvari mnogo lakšim. U niskonaponskim sistemima, LTC4156 efikasno isporučuje do 3,5 A struje punjenja, istovremeno pružajući visoke performanse i sigurnosne karakteristike.
