具有高灵敏度前端(AFE)电路的电池供电设备必须经常在主动电池充电的情况下运行。设备的例子是移动软件定义的操作系统、便携式超声医学成像系统和可穿戴的病人监测设备。根据应用的不同，AFE电路可以在200kHz到数百MHz的频率范围内工作。高灵敏度AFE电路可能是移动射频或超声成像设备相控阵收发器的中频级。当使用开关模式充电器进行主动电池充电时，充电器的开关频率会产生不必要的谐波辐射，从而降低AFE的灵敏度。

频率同步的作用

频率同步可以用来控制开关谐波的位置，并尽量减少开关拍频，否则会降低系统的灵敏度。该技术通常用于开关模式电源(SMPS)的负载点DC-DC调节，其中电源调节器与外部时钟源同步。SMPS因其高效率而被广泛使用，但也带来了独特的排放挑战。频率同步解决了SMSP负载点应用中的这个问题，也可以扩展到开关模式充电器。

然而，对于频率同步、高效率、开关模式电池充电器来说，设计选择是有限的。因此，工程师经常使用噪音低但效率低且散热过多的线性充电器。或者，工程师可以使用效率较高的次优开关模式充电器解决方案，但不支持同步或不能在宽输入电压范围内工作。

给电池充电

这里介绍的电路解决了电池充电中的这一需求。该电路是一种高电压、高效率、恒流/恒压、频率同步的开关式锂离子(Li+)电池充电器。电路性能已经在24V下测试过，但可以在7V和44V下工作。(44V是我实验室电源的限制。)开关频率设置为500kHz。MAX17504降压DC-DC转换器支持200kHz至2.2MHz的频率同步。电感值可能需要根据其他频率进行调整。

给锂离子电池充电需要两个步骤(图1)。

1. 对于已放电的电池，第一步要求充电器处于恒流模式。最大充电速率可在电池制造商的数据表中获得。快速充电，或1C速率，是充电电流等于电池的安培小时额定值。电池充电时，电池电压达到指定的设定点电压，一般为4.2 V。此时，电池容量仅达到其最大值的65%至70%。

2. 作为充电过程的第二步，将充电器置于恒压模式。在恒压模式下，充电器将只提供足够的电流来维持电池电压恒定在这个设定点电压。因此，充电电路会随着时间的推移不断减小充电电流，导致充电电流曲线逐渐衰减，如图1所示。

图1所示、恒流/恒压Li+充电剖面

电路设计

该电路的核心是DC/DC开关转换器U1(图2)。MAX17504具有4.5V至60V的宽输入电压工作范围，可以同步到200kHz至2.2MHz的外部时钟频率。该设计理念已经过测试，可以从24V输入电压为单个电池4.2V至2.2Ah的锂离子电池充电。当电池负载电流小于预设充电电流设定值VIchg时，将充电器置于恒压模式，将积分器U3的输出驱动至+Vf;因此，使Q1偏置。这样，通过R4的电流将接近于零，充电电压设为(R2/R1 + 1) × 0.9V。恒流模式下，电流控制回路由U2和U3组成，其中充电电流由U3引脚3上的电压设定。U2是一个电流感测放大器，测量RS上的电流，并向由U3组成的积分器提供误差电压。当U2的输出电压试图超过VIchg时，积分器的输出将降低其电压，并开始将Q1源电流偏置到反馈节点。这个动作降低了转换器的输出电压，从而减少了电池的电流。

该反馈回路将根据电池的放电状态通过积分器的伺服动作找到限流工作点。该电路在24V时的测试电流精度(25(°)C)小于1.6%。通过对VIchg施加0.450V，将输出电流设置为1.5A。VIchg可以来自不同的来源，例如来自MCU或DAC输出的固定参考电压或pwm滤波输出。重要的是要有一个低噪声的电压源的VIchg。

这个充电器是独一无二的，因为它可以同步开关频率到外部时钟，它有一个宽的输入电压工作范围。当电路处于恒流模式时，电池充电电流由式1设定。

I电荷= (VIchg/CSA增益)/R(SENSE)

其中，MAX4173T的CSA增益为20，该电路中的R(SENSE)为0.015欧姆。

图2、此电池充电器提供恒流/恒压与频率同步输入