智能电池在笔记本电脑领域变得越来越普遍，因为它们提供了一个行业标准，高精度的“燃气表”系统。这些电池符合一组规范，这些规范定义了智能电池供电系统(SBS)中所有组件的操作。该电池具有一个嵌入式控制器，用于跟踪与电池充电和使用相关的信息。该信息通过串行2线SMBus接口提供给系统，SMBus是目前广泛使用的I(2)C 总线的一种变体。可查询电池剩余容量、总容量、当前放电速率下剩余时间、放电电流、终端电压等信息。由于大多数智能电池可以成为公交车上的主人，电池可以控制智能电池充电器进行最佳充电。LTC1759智能电池充电器IC设计用于这种类型的智能电池控制。此外，电池提供的安全信号表明电池是否存在于系统中，并在其他系统发生故障时警告可能的热问题或电池故障。SBS的重点是安全性、易用性和兼容性。

根据SBS规范，有两种类型的智能电池充电器(sbc)。二级充电器(如LTC1759)是SMBus上的从属设备，响应来自电池的命令来控制充电。三级充电器在SMBus上既可以是从属充电器，也可以是主充电器，因为它可以查询电池以确定充电信息。SBC与电池化学类型无关。它根据电池的指令提供充电电流和充电电压。充电终止由电池发送为零电流或零电压或“终止充电”报警。如果安全信号表明电池不存在或电池过热而无法安全充电，充电也将终止。

LTC1759是一个完整的2级智能电池充电器。它能够通过其内置的SMBus接口接收和解释命令来自主为智能电池充电。LTC1759符合智能电池充电器规范的所有安全要求，包括防止SMBus通信故障和唤醒模式下锂离子电池过度充电的3分钟计时器，这些功能是一些竞争解决方案所没有的。硬件可编程的电流和电压限制提供了一个额外的保护级别，不能被错误的软件改变。

LTC1759管理智能电池充电器系统的所有复杂性。这对那些希望支持智能电池而不参与所有细节的人很有吸引力。SBC合规性，安全性，输出电压精度，SMBus加速器和LTC专利的墙壁适配器电流限制只是使其成为突出部分的几个功能。

LTC1759智能电池充电器功能

LTC1759将智能电池充电器的智能与恒流(CC)，恒压(CV)，电流模式切换电池充电器电路相结合。LTC1759包含以下特性:

• 室温输出电压精度为0.5%，超温范围为1%

• 5%输出电流调节

• 一个外部，电阻可编程的电压限制，有四个范围，支持流行的4.2V电池的堆叠

• SMBus可编程输出电压，从2.465V到21V, 16mV或32mV粒度，取决于编程电压范围(10位分辨率)

• 一个外部，电阻可编程的电流限制与四个限制:1A, 2A, 4A和8A

• 一个SMBus可编程输出电流，在所有范围内具有10位分辨率

• LTC专利的可编程交流墙壁适配器电流限制，以最大限度地提高充电率

• 低V(IN)到V(OUT)操作(dropout <0.5 v)

• 95%的效率

• 符合智能电池充电器规范Rev. 1.0, Level 2

• 低功耗时，交流电不存在，同时保持符合所有智能电池充电器的状态和中断要求

• 内置SMBus加速器(类似于LTC1694)

• 新型36针窄SSOP封装(0.209 "宽)

电路描述

LTC1759由同步、电流模式、PWM降压(降压)开关控制器、充电器控制器、两个10位dac控制充电器参数、热敏电阻安全信号解码器、硬件电压和电流限制解码器和SMBus控制器块组成(参见图1)。

智能电池或系统控制器通过SMBus接口上的命令编程恒流(CC)和恒压(CV)限值。降压变换器使用n沟道mosfet作为开关，允许低成本，高效率的运行。它还提供反向电池放电保护和超低落差操作。热敏电阻安全检测电路用于检测电池的存在，并确定电池的温度是否允许安全充电。线性技术的专利输入电流限制功能的实施，允许最快的电池充电时间，而不会过度使用墙壁适配器。

当通过SMBus传输接收恒定电流值时，它被缩放并限制为低于R(ILIMIT)电阻器编程的值。这个修改的值编程当前的DAC，设置直流充电电流。电流DAC是一个10位delta-sigma DAC，当需要充电电流时，它从PROG引脚吸收电流(参见图2)。放大器CA1检测R上的电压降(SENSE)，并迫使该电压穿过R(S2) (200欧姆);通过R(S2)的电流作为PROG引脚上的上拉电流通过电流镜发送。通过R(S2)的电流与来自PROG引脚的CA2的电流匹配实现恒流操作。由于得尔塔 - 西格马 DAC输出是一系列脉冲，因此需要一个平滑电容将这些脉冲滤波成直流。

当通过SMBus传输接收到一个恒压值时，该值被缩放、调整以消除偏移，并被限制为低于R(VLIMIT)电阻编程的值。这个修改值编程电压DAC，设置直流充电电压。电压DAC驱动内部分压器网络的底部。分压器的顶部通过BAT2引脚直接连接到电池输出。电压误差放大器VA将V(SET)引脚上的电池电压与内部精确参考电压进行比较。VA放大器的输出配置为可以驱动PROG引脚的电流源。PROG引脚是电流和电压反馈回路的电流求和节点。当电池电压超过编程电压时，VA回路窃取电流反馈回路的控制，迫使充电电流下降到维持编程电压所需的水平。由于得尔塔西格马 DAC输出是一系列脉冲的形式，因此需要一个平滑网络在V(SET)引脚处将脉冲滤入DC。电容器C5和C4形成电容分压器，在滤波DAC脉冲的同时提供来自电池的反馈电压的一些滤波。

LTC1759需要两个电源。PWM电路通过V(CC)引脚直接从墙上适配器电源运行，而逻辑功能独立于V(DD)电源运行。这使得PWM电路在移除交流电源时进入40 μ A微功率关闭模式，从而使逻辑和SMBus活动保持活跃，符合英特尔ACPI标准的要求。这个独立的电源还允许逻辑和SMBus运行在3V或5V，这取决于系统设计者的需要。为了最小化LTC1759逻辑的功耗，逻辑电路由时钟电路驱动，该时钟电路在没有活动时关闭，并唤醒以服务SMBus活动或生成中断。一旦请求得到服务，LTC1759就会回到睡眠状态。

当交流电源丢失或电池被移除时，通过CHGEN-SDB引脚组合关闭PWM。LTC1759通过DCDIV引脚检测交流损耗。这个阈值通常设置在墙壁适配器的最低有效电压之下。系统可以通过SMBus读取交流电源状态。UV引脚仅用于将PWM电路置于微功率关闭状态，并直接连接到墙壁适配器电源。

电感的选择不是设计的关键，因为充电器的环路响应被故意设置为非常慢。几乎任何值都可以工作，实际下限约为15µH。较低的电感将产生较高的纹波电流，需要较低的输出ESR电容。它还会在比必要的电流更高的情况下造成难看的断续开关操作。

输出电容的选择不是ESR的关键，但必须能够处理来自充电器的所有纹波电流。不要指望电池携带纹波电流，因为充电器看到的有效阻抗可能比电容器的ESR大得多。许多电池组都有内置的串联保护mosfet，可以提高电池的ESR。在多电池配置中，也可以选择功率路由mosfet与电池串联，进一步提高电池ESR。从充电器的角度来看，输出电容ESR可以高达1欧姆，允许广泛的电容选项。当使用电阻或电子负载时，可能会发生一些不稳定。这可以通过与PROG引脚电容串联添加临时300欧姆电阻或在输出端放置10µF电容来解决。避免在输出端使用陶瓷电容器，因为在非常轻的负载电流下，当开关不连续并开始在可听到的频率下下降周期时，它们往往会产生噪音-使用钽代替。输入电容的选择由充电器的输入纹波电流驱动，通常为最大输出电流的1/2。对于4A充电器，建议使用22µF, 50V的陶瓷，因为该部件通常可以处理2A的纹波电流。它也占用最少的空间，可以比其他电容器的选择成本更低。

从电池到墙壁适配器的电流保护由p沟道MOSFET (Q1)提供。电压比较器监视整个MOSFET的电压，当墙壁适配器下降到低于电池电压200mV时将其关闭。虽然一个便宜的二极管可以用来代替这个MOSFET, MOSFET只增加100mV到已经很低的0.4V的工作模式，而不会产生额外的热量。在没有电池的启动期间，MOSFET寄生二极管用于允许墙壁适配器的电源到达V(CC)引脚并上电PWM控制电路。

初级补偿在PROG引脚上完成;然而，DAC脉冲滤波器的要求决定了电容器的有效值。脉冲纹波电流必须小于20mV，否则会出现环路抖动，在小充电电流下出现环路不稳定。V(C)引脚电容的主要功能是提供软启动支持。必须始终有一个1.5k的电阻与V(C)引脚电容串联，以允许适当的关闭。

从热的角度来看，输出电压在电池温度充电范围内保持约0.5%的精度。这种更高的精度允许电池具有更高的充电容量，更重要的是，将减少电池中基于电压的充电终止电路的问题。

SMB警报

SBS标准允许使用开路采集器中断线，以便在发生关键电源事件时通知主机。这个特性被称为SMBALERT#。LTC1759通过在交流电源丢失或恢复以及物理安装或拆卸电池时断言INTB线低来实现此功能。当主机读取LTC1759状态寄存器或执行LTC1759的SMBALERT#响应地址的成功读取时，INTB被清除。

设置安全电压和电流范围

LTC1759电压/电流范围由两个外部电阻R(VLIMIT)和R(illimit)编程，如表1和表2所示。这些限制防止通信错误或错误的软件导致充电器损坏电池。同时，可变粒度允许在较低范围内更好地控制电压和电流。电压限制是ROM掩码可编程的。

SMBus加速度

与允许在总线信号上使用可变上拉电流的I(2)C总线不同，SMBus上拉电流被规定为最大350µa。在较大的系统中，SMBus上的电容负载会导致上升时间违规(T(RISE) >1µs)，可能导致通信失败。当I(2)C设备与smbus兼容的设备混合在同一总线上时尤其如此。I(2)C总线接收器的阈值通常高于其SMBus表亲，并且对慢上升时间更敏感。

SCL和SDA都有动态上拉电路，可以在两个SMBus信号上具有显著电容的系统上改善上升时间。动态上拉电路检测SDA或SCL上的上升沿，并将2mA-5mA上拉至V(DD)约1µs(图3)。该动作允许总线满足SMBus上升时间要求，每个SMBus信号高达150pF。提高的上升时间将使所有使用SMBus线路的设备受益，特别是使用I(2)C逻辑电平的设备。

交流适配器限流

墙壁适配器是典型的AC/DC转换器，在负载电流为3A-4A时输出20V。当笔记本电脑运行时，来自墙壁适配器的所有可用电流都可能被系统消耗，从而没有电力为电池充电。然而，只要系统的功率要求低于墙壁适配器的电流限制，电池就可以恢复充电。为了在尽可能短的时间内给电池充电，充电应该在系统有剩余电流时立即开始。理想的情况是当电池充电电流和系统电流的总和刚好低于墙壁适配器的电流限制。LTC1759集成了专利电池充电器输入限流功能，允许充电器电流自动降低，以避免过度使用墙壁适配器，但仍然以最大可用电流为电池充电。

改进的安全信号传感

大多数智能电池中的安全信号是电池负极端的电阻或热敏电阻。SBC必须检测安全信号对地的电阻，并确定电池是否连接，是否可以安全充电。在SMBus读取ChargerStatus 寄存器期间，SBC必须报告安全信号的状态。表3显示了五个电阻范围以及ChargerStatus 位必须表示的内容。

LTC1759使用状态机监视安全信号，以控制图4所示的热敏电阻传感方案。这种方法允许LTC1759节省电力，同时支持电池存在检测和安全信号报告，当交流不存在时。它还提供了高抗噪声在范围下到热跳闸点。

状态机依次切换R(WEAK)， R(NR)和R(UR)，以对抗电池内部热敏电阻。产生的电压由比较器监测，并用于确定热敏电阻的工作范围。该状态机能够在100µs内对所有三个电阻的安全信号进行采样。这允许在SMBus读取请求安全信号状态期间读取热敏电阻，然后关闭以节省电力。在没有交流电的情况下，对所有量程使用固定10k上拉的系统会浪费电流。R(WEAK)用于持续监测电池的存在;它使用的电流非常小，无论是否有交流电，都可以检测电池的插入或取出。R(NR)用于确定安全范围是冷的还是理想的。R(UR)用于判断安全范围是否过高或过低。图5和图6分别显示了冷热敏电阻和欠量程热敏电阻的R(THERM)测试。当有交流时，状态机每100µs连续测试一次热敏电阻。当没有交流时，R(NR)和R(UR)热敏电阻测试仅在首次插入或取出电池或在请求安全信号状态的传输期间进行。

距离不足检测方案是LTC1759的一个非常重要的特点。从图6中可以看出，R(UR)/R(THERM)跳闸点0.333·V(DD) (1V)远高于使用10k上拉的系统的0.047·V(DD) (140mV)阈值。使用10k上拉的系统将无法解决电池和热敏电阻检测电路之间的100mV接地偏移的重要范围到热的过渡点。在正常电流水平下充电时，预计会出现这种补偿。

结论

LTC1759符合智能电池系统组织发布的智能电池充电器标准，线性技术是该组织的发起人和投票成员。充电器控制器也符合英特尔的ACPI标准，即使在没有交流墙壁适配器电源的情况下也能响应系统命令。与竞争部件相比，充电器提供了最宽的电流和电压范围。功能的特点，它也提供了最高的集成可能今天与智能电池充电器。LTC1759实现了显著的成本节约，性能和安全优势比其他智能电池充电器目前可用。

笔记

I(2)C是Philips Electronics N.V.的商标