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熔断铅电池充电器ic不需要散热片的技术解决方案

来源:analog 发布时间:2023-07-17

摘要: LT1510和LT1511是高效率电池充电芯片,输出功率分别可达25W和50W。这些芯片用于空间有限的现代便携式设备中的快速充电电池。

LT1510和LT1511是高效率的电池充电芯片,输出功率分别可达25W和50W。这些芯片是为空间有限的现代便携式设备中的快速充电电池设计的。因此,它们被封装在低轮廓表面贴装封装中,并以相当高的频率(200kHz)运行,以最大限度地减少整个电池充电器的高度和占地面积。为了最大限度地减少热阻,这些封装是特别构造的,与模附桨直接连接(熔接)到多个封装引线。

当操作这些芯片接近其最大功率水平时,应格外小心,尽量减少芯片功耗,并保持封装板组合的整体热阻尽可能低。图1展示了一种在不影响性能的情况下降低功耗的简单方法。LT1510和LT1511使用一个外部二极管(D2)和电容(C(X))来产生高于输入电压的电压。该电压用于为内部NPN电源开关提供基础驱动,使其以约50的强制h(FE)饱和。这种技术使开关速度和导通电阻损耗降到最低。所需升压电压仅为3V,但在D2正常连接的情况下,得到的升压电压等于电池电压。不必要的高基极驱动损耗导致高电池电压。将D2连接到3.3V或5V电源(V(X))上,而不是连接到电池上,可以减少大约:

功率降低= (V(蝙蝠)- V (X)) ((CHRG)) (V(蝙蝠))/ (50)(V  )


图1所示。展示了一种简单的方法,可以在不损失性能的情况下降低功耗。

使用20V适配器为12.6V电池在3A时充电,V(X) = 3.3V,芯片功率减少0.35W。

熔断引线封装将大部分热量从引线传导出去。这使得在引线周围提供尽可能多的PC板铜变得非常重要。封装板组合的总热阻由封装直接区域内的板的特性决定。这意味着横向热阻横跨板和垂直热阻通过板到其他铜层。每一层作为一个热散热器,增加散热效率的扩展区域的板。

当电路板的面积降到20平方英寸以下时,电路板的总面积就成为一个重要的因素。图2和图3中的图表显示了2层和4层板的热阻与板面积的关系。请注意,4层板的热阻明显较低,但两种类型都显示出板面积减少的快速增加。图4和图5显示了在全电流下充电器实际测量的铅温。电池电压和输入电压会影响设备的功耗,因此必须使用数据手册的功率计算来推断其他情况。


图2。LT1511热阻。


图3。LT1510热阻。


图4。LT1511铅温。


图5。LT1510铅温。

应使用过孔将板层连接在一起。充电器区域下的平面可以与电路板的其余部分分开,并与过孔连接,以形成低热阻系统,并作为降低EMI的接地平面。

粘接,芯片安装的散热器仅在中等功率应用中有效,其中PC板铜不能使用,或板尺寸小。

它们在合理尺寸的适当布局的多层板上提供的改进很小。

最后检查芯片工作温度的建议方法是在一个IC接地引线的顶部焊接一个小热电偶,或者在封装的顶部使用红外传感器。使用任何一种方法,当充电器提供满电流时,测量的温度将比实际峰值芯片温度低约10°C。这些充电器芯片的125°C额定值意味着铅温度高达100°C(最高环境温度)仍然舒适地在设备额定值内。

另一个要考虑的问题是充电器的其他部分和周围用于其他用途的电路的功耗。捕获二极管(D1)耗散的功率等于:

P(二极管)= (i (chrg))(v (f))(v (in) - v (bat)))/ v (in)

当V(IN) = 16V, V(BAT) = 8.4V, V(F) = 0.45V, I(CHRG) = 3A时,二极管功耗为0.64W。不幸的是,它必须非常靠近充电器芯片,以防止开关引脚上的感应尖峰。由于D1的功耗导致充电器芯片温度升高约12℃/W。D3用于输入保护,也可以消耗大量功率,但它可以远离充电器。与LT1511一起使用的电流检测电阻耗散功率等于:

P(r (s1)) = r (s1)(i (chrg))(2)

P(r (s4)) = r (s4)(i (adpt))(2)

R(S4)功率仅依赖于充电器输出电流,但R(S1)携带满适配器电流。这些电阻通常总共耗散约0.5W,假设它们靠近充电器芯片,也会使芯片温度升高约12°C/W。

假设L1对芯片温升的贡献很小,因为与它的散热能力相比,它的功耗通常相当低。如果使用低损耗铁芯(Kool μ等),并且绕组电阻小于0.2V/I(CHRG),则会出现这种情况。如果充电器位于其他高功耗电路附近,直接温度测试可能是确保设备安全温度的唯一准确方法。

最后,不要忘记PC板走线电阻的损失。按照现代标准,100毫米宽的走线是巨大的,但是一对6英寸长的走线,在1/ 20盎司的铜中,提供3A,将有≈0.12欧姆的电阻,和1.1W的功率损耗!

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