LTC4011是一款完整的独立镍化学快速充电器，即使电池电压远低于直流输入电源，也能在高达34V的输入电压下高效运行。5.5V和20V输入电源的典型效率如图1所示。4.25V的欠压闭锁确保在输入低至5V时稳定运行，假设公差为10%。该IC提供了全范围的充电控制功能，易于编程与最少数量的外部组件。它的多级安全功能提供可靠的故障保护，并且配置简单。LTC4011的功能不需要任何主机微控制器(MCU)的支持，也不需要软件或固件。

准确，坚如磐石的快速充电终止

LTC4011实现了一个完整的快速充电控制算法，最适合于镍氢电池的C/2到2C的充电速率和镍镉电池的C/3到C或更高的充电速率。这意味着完全放电的电池可以在一个小时或更短的时间内充电到100%。在这些较高的充电速率下，可靠的充电终止是由经过验证的电压和温度检测技术控制的，这些技术是根据选定的镍化学成分量身定制的，以确保最短的充电时间，而不会降低充电循环寿命。各种内部和外部滤波器，包括数字滤波器，消除电压和温度数据通道中的杂散噪声，用于确定一般电池健康状况和适当的充电终止。

监测电池电压-得尔塔V

LTC4011采用的主要快速充电终止技术包括检测峰值电池电压，然后在该终端电位中充分下降(-得尔塔V检测)。如图2所示，典型的NiCd充电周期由-得尔塔V终止。

为了支持广泛的电池组配置，IC可以检测电池组的平均电池电压。电池正极和V(CDIV)引脚之间的一个简单的电阻分压器，以及一些电容来消除残留的PWM开关噪声，就是为V(cell)输入引脚提供这个平均电池电压所需要的全部。这种技术，结合5V到34V的输入工作范围，允许从1到16个串联镍电池充电。负增量只有10mV到20mV每个电池表示电池充满电。V(CELL)电压也被监测，作为基本电池健康状况的衡量标准，并检测灾难性故障情况，如下所述。

监测电池温度得尔塔T/得尔塔t

LTC4011还可以使用负温度系数(NTC)热敏电阻提供的信息处理电池温度。热敏电阻应与位于电池组质量中心附近的电池外壳保持良好的热接触。然后将该热敏电阻包括在V(RT)引脚和地之间的分压器网络中，如图3所示，为V(TEMP)引脚提供线性化输入。这种配置足够灵活，可以支持非常广泛的NTC热敏电阻类型。

建议使用外部单极无源滤波器来消除PWM开关噪声。然后LTC4011使用V(TEMP)引脚上的电压根据可接受的范围(大约0°C至45°C)来确定充电过程。此外，内部数据采集子系统采用车载实时时钟监控电池快速充电时的温度升高速率(得尔塔T/得尔塔t)。1°C/min和2°C/min之间的值通常表示镍电池充满电。

图4显示了1C倍率下的镍氢电池充电循环，充电周期的快充部分通过得尔塔T/得尔塔t终止。温度处理是可选的LTC4011上的所有化学品。简单地将V(TEMP)绑定到V(RT)将禁用所有基于温度的电荷限定和终止。

化学专用电池分析

针对所选电池的化学性质，对LTC4011应用的基本充电算法进行了改进。将CHEM引脚接地选择镍氢充电参数，而将CHEM引脚打开或绑在V(RT)上选择镍镉充电参数。虽然相似，但这些化学物质确实需要略有不同的快速充电终止，以确保最大的充电循环寿命。旧的镍镉化学受益于轻微的过充电。当给NiCd电池充电时，LTC4011使用有利于-得尔塔V终止的阈值水平，导致最终充电略高于电池组的额定容量(100%)。在这种情况下，得尔塔T/得尔塔t终止(如果启用)可以作为辅助终止技术，以增加安全性。这在图2的示例中显示。

较新的镍氢电池通常被设计成比旧的镍镉电池接受更高的充电率，但制造商经常警告不要过度充电。因此，对于镍氢电池，LTC4011选择有利于得尔塔T/得尔塔t终止的内部阈值，当电池组充电到大约95%的容量时。为了避免长时间不活动的高放电电池的错误终止，IC可以随着快速充电周期的进展而改变得尔塔T/得尔塔t限制。然后-得尔塔V极限作为二次终止(安全)，并且IC在快速充电终止后应用定时顶完充电以达到100%容量，如图4所示。显然，虽然可选，但强烈建议使用热敏电阻输入镍氢电池。

除了这些特定的化学测量外，LTC4011还应用了一些通用的电荷谱技术。在新的充电周期开始时测量电池开路电压，以确定所附电池组的充电状态。如果电池组最初大量放电，则IC在固定时间内施加较小的调理电流，以使电池恢复到合适的快速充电接受点。如果电池组最初放电，LTC4011应用-得尔塔V终止延迟期，以允许内部化学-因此终端电位-在施加完全充电电流后稳定。这避免了过早终止。然而，如果电池组已经适度充电，初始终端电压表现良好，-得尔塔V处理立即开始，以避免意外的电池过度充电。如果启用，得尔塔T/得尔塔t检测始终处于活动状态。

自动充电使电池随时可用

镍电池的自放电率高达每天3%。一旦充电周期完成，只要有输入电源连接，LTC4011就会继续监测电池的开路端子电压。如果电池电压指示容量损失超过15%左右，则启动刷新快充循环，使存储的能量水平恢复到100%。充电周期的持续时间通常只有几分钟。该技术取代了传统的连续涓流充电方法。涓流充电使电池处于持续的过充电状态，这可能会减少一些镍氢电池的循环寿命，产生持续的热量，并且比LTC4011自动充电方式效率低。

多重安全功能

LTC4011内置了许多安全功能。它在所有充电阶段监测重要的电压和温度参数。

如果V(TEMP)输入已使能，则要求感测温度在0°C ~ 45°C之间，否则暂停充电。快充开始后，允许电池温度升至60℃。但是，如果超过此限制，则传感温度必须降至45°C以下才能恢复充电。LTC4011还跟踪其自身的芯片温度，如果温度高于可接受的限制，则禁用充电。

在V(CC)和BAT引脚之间建立了操作PWM(约500mV)所需的电压净空之前，不允许开始充电。电池电压也连续监测过电压。如果cell上的平均电压超过1.95V，则不能充电，提示故障。LTC4011还在充电过程中对电池电压进行测量，以确保正确的充电接受，检查预充和快充开始时的开路电压，以及快充周期完成约20%后的在路电压。

最后，LTC4011包含一个安全计时器，限制任何单次充电可以持续的时间长度。这个定时器很容易编程，根据公式R(timer) (欧姆) = t(MAX)(小时)/30µs，在timer和GND之间连接一个外部电阻。

时机决定一切

LTC4011通过推断设定的时间限制、编程的充电电流和被充电的电池容量之间的关系，使用安全定时器的编程来实现各种目的。它假设这个定时器的周期被设置为在R(SENSE)/100mV的编程电流下为完全放电的电池提供100%充电通常所需时间的150%。上面讨论的安全检查点以及充电持续时间由安全计时器的中间间隔确定。表1显示了R(定时器)在一系列编程快速充电速率下的合适值。

一个更小的PWM解决方案

LTC4011还包含一个完整的PWM控制器。其降压稳压器采用同步伪恒定断时结构，带有高侧pet功率开关。这种选择产生的PWM非常容易配置，外部部件的数量最少。只需连接外部fet电源开关，可选的fet同步二极管，肖特基钳和扼流圈，如图3所示。不需要外部环路补偿，充电电流由连接在SENSE和BAT引脚之间的单个电阻设定。该电阻串联在电感输出和电池之间，其值由等式R(SENSE) = 100mV/I(PROG)确定。

LTC4011 PWM采用独特的浮动低压差分架构，提供5%的电流精度和高电感纹波电流的低周期抖动。这反过来又允许使用节省空间的磁性和更小的输出滤波电容器。伪恒定off-time架构消除了繁琐的斜率补偿的需要，并允许在宽V(IN)/V(OUT)范围内完全连续工作，即使使用陶瓷电容器也不会产生可听噪声。典型工作频率为550KHz。图5显示了一个具有2A PWM实现的LTC4011示例。

PowerPath控制

PowerPath 控制是镍电池充电时正确终止的重要组成部分。因为对-得尔塔V终止感测的差异是如此之小，如果在充电期间从电池中提取不同的负载电流，电池的串联电阻很容易导致过早终止。

LTC4011为直流输入(DCIN)和主机非调节系统电源(V(CC))之间的输入pet晶体管提供集成的PowerPath支持。然后，该FET充当理想的整流器，具有低至50mV的正压调节，需要更少的操作头部空间，并且能够比传统的阻塞二极管产生更少的热量。LTC4011可以为该通道器提供高达6V的栅极驱动。选择一个在该栅极驱动电平上具有足够低R(DS(ON))的输入场效应管，使满充电电流和满应用负载电流的组合不会造成过大的功耗。

如图4所示，只要有直流输入，BAT和V(CC)之间的fet就会自动断开电池与系统负载的连接。如果从电池运行应用程序时可以容忍额外的电压降，则可以使用肖特基二极管代替该MOSFET。

微功率特性支持延长电池使用

LTC4011的典型关断电源电流为3µa，当移除直流输入电源时，从SENSE/BAT引脚组合中吸取的电流通常远小于1µa。此外，V(CDIV)引脚提供了一种在关闭状态下断开V(CELL)电阻分压器的方法，消除了当无法充电时该电路所产生的电流。当与直流电源断开时，这些特性极大地减少了充电器对电池施加的负载，增加了电池在便携式应用中的可用运行时间。

结论

LTC4011是一款镍化学充电器，集成了一个完整的高压PWM控制器，使其能够从34V输入有效地为电池充电，而无需额外的电流源控制ic。真正的独立操作和灵活的控制大大简化了充电器设计。PWM工作频率高，可以使用表面贴装元件来节省空间。可靠、稳健的充电终止算法，加上坚实的安全特性，使LTC4011成为各种快速充电实现的绝佳选择，为可充电镍电池提供长寿命。