低功耗充電器的設(shè)計挑戰(zhàn)可調(diào)并聯(lián)基準(zhǔn)可被設(shè)定以提供恰當(dāng)?shù)碾姵馗≈秒妷?，但是這類基準(zhǔn)缺乏電池充電器的NTC功能。更重要的是，所需的工作電流太高了，以至于用低功率電源或斷續(xù)性電源給電池充電是不現(xiàn)實的。或者，可以用一個齊納二極管、一些電阻器、一個NpN晶體管和一些比較器構(gòu)成一個分立式并聯(lián)基準(zhǔn)，以提供NTC功能。不過，這樣的并聯(lián)基準(zhǔn)仍然受到前述限制。此外，分立式并聯(lián)基準(zhǔn)實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，相比之下，會占用更多寶貴的pCB面積。

典型的電池充電器IC需要恒定DC輸入電壓，而且不能處理能量突發(fā)。不過，諸如室內(nèi)光伏陣列或壓電換能器等斷續(xù)性能量收集電源提供的是功率突發(fā)。要用這類能源給電池充電，一個靜態(tài)工作電流低于1uA的獨特IC是必需的。

鋰離子/聚合物化學(xué)組成的電池提供便攜式電子設(shè)備必需的高性能，但是這類電池必須小心使用。例如，如果用比建議浮置電壓高100mV的電壓充電，鋰離子/聚合物電池可能變得不穩(wěn)定。此外，高壓和高溫同時存在會對電池壽命產(chǎn)生有害影響，而且在極端情況下，可能導(dǎo)致電池自毀。就幣形電池和薄膜電池而言，除了高溫和高壓同時存在可能產(chǎn)生有害影響，還有容量問題，因為它們的外形尺寸很小。

并聯(lián)架構(gòu)的基本要素和好處并聯(lián)基準(zhǔn)是電流饋送型、兩端子電路，在達到目標(biāo)電壓之前不吸取電流。并聯(lián)基準(zhǔn)用起來像一個齊納二極管，而且在電路原理圖上常常顯示為一個齊納二極管。不過，大多數(shù)并聯(lián)基準(zhǔn)實際上都是基于帶隙基準(zhǔn)電壓的。

一個并聯(lián)基準(zhǔn)僅需要單個外部電阻器來調(diào)節(jié)輸出電壓，從而極其容易使用。沒有最高輸入電壓限制，最低輸入電壓由基準(zhǔn)電壓值設(shè)定，因為需要一些空間以正常運行。

此外，并聯(lián)基準(zhǔn)在寬電流范圍內(nèi)有良好的穩(wěn)定性。很多并聯(lián)基準(zhǔn)在有大型或小型容性負(fù)載時都是穩(wěn)定的。

一個簡單的解決方案滿足前述電池充電器IC設(shè)計限制的任何解決方案都必須兼有如下特性：并聯(lián)穩(wěn)壓器的特性；能用低功率連續(xù)或斷續(xù)性電源充電的電池充電IC的特性。這樣的器件還需要保護鋰離子/聚合物電池、幣形電池、薄膜電池或電池組的安全，并使電池或電池組達到最高性能。

凌力爾特開發(fā)了業(yè)界第一款并聯(lián)架構(gòu)電池充電器LTC4070和LTC4071，以滿足這類應(yīng)用的需求。LTC4070是一款易用、纖巧的并聯(lián)電池充電器系統(tǒng)IC，適用于鋰離子/聚合物電池、幣形電池或薄膜電池。該IC的工作電流為450nA，可保護電池，并可用以前不能使用的非常小電流的斷續(xù)性或連續(xù)性充電電源給這些電池充電。增加一個外部pMOS并聯(lián)器件，LTC4070的充電電流就可以從50mA提高到500mA。當(dāng)電池溫度升高時，內(nèi)部電池?zé)崃坎轵炂鹘档透≈秒妷?，以保護鋰離子/聚合物電池的安全。通過串聯(lián)配置幾個LTC4070，可以給由多節(jié)電池組成的電池組充電，并實現(xiàn)各節(jié)電池的容量平衡。LTC4070采用扁平(0.75mm)8引線2mmx3mmDFN封裝，僅用單個外部電阻器(要求與輸入電壓串聯(lián))就能組成一個完整和超緊湊的充電器解決方案。該器件的功能集使其非常適用于連續(xù)性和斷續(xù)性低功率充電電源應(yīng)用，包括鋰離子/聚合物電池備份、薄膜電池、幣形電池、存儲器備份、太陽能供電系統(tǒng)、嵌入式汽車和能量收集。

LTC4070提供引腳可選的4.0V、4.1V和4.2V設(shè)置，其準(zhǔn)確度為1%的電池浮置電壓允許用戶在電池能量密度和壽命之間進行取舍。獨立的低電池電量和高電池電量監(jiān)察狀態(tài)輸出指示放電或完全充電的電池。再加上一個與負(fù)載串聯(lián)的外部p-FET，該低電池電量狀態(tài)輸出可實現(xiàn)鎖斷功能，該功能自動斷接系統(tǒng)負(fù)載和電池，以防止電池深度放電。

除了緊湊的2mmx3mm8引線DFN封裝，LTC4070還采用8引線MSOp。這些器件規(guī)定在-40C至125C的溫度范圍內(nèi)工作。

圖1：LTC4070的典型應(yīng)用電路

通過防止電池電壓超過設(shè)定水平，LTC4070提供了一個簡單、可靠、高性能的電池保護和充電解決方案。其并聯(lián)架構(gòu)在輸入電源和電池之間僅需要一個電阻器，就可應(yīng)對多種電池應(yīng)用。當(dāng)輸入電源去掉，且電池電壓低于高的電池輸出門限時，LTC4070僅從電池吸取450nA電流。

當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的浮置電壓時，充電速率由輸入電壓、電池電壓和輸入電阻器決定：

ICHG=(VINVBAT)/RIN

當(dāng)電池電壓接近浮置電壓時，LTC4070從電池分走一部分電流，從而降低了充電電流。在整個溫度范圍內(nèi)變化浮置電壓的準(zhǔn)確度為±1%時，LTC4070可以分走高達50mA的電流。分流限制了最大充電電流，不過通過增加一個外部p溝道MOSFET，50mA的內(nèi)部分流能力還可以提高，參見圖1。

在內(nèi)部，LTC4070采用了一個由放大器EA(參見圖2)驅(qū)動的p溝道MOSFET。VCC和GND之間的電壓達到VF(即并聯(lián)電壓)之前，流經(jīng)該器件的電流為零。VF可以由ADJ和NTC改變，但始終在3.8V到4.2V之間。如果VCC電壓低于這個值，那么pFET中的電流為零。如果VCC電壓試圖上升到超過VF，那么電流將流過該器件，以防止電壓上升，這就是分流。

工作電流是給該芯片中其余所有電路供電所需的電流。如果不存在外部電源，那么這就是從電池吸取的電流。

當(dāng)電池電壓低時，更多的電壓加在輸入電阻器兩端，因此進入電池的電流(即充電電流)略大于電池完全充電時的電流。當(dāng)電池充滿電時，將沒有電流進入電池，所有的輸入電流都將進入分流器。

工作電流很重要，因為它給“實際”輸入電源的電流能力設(shè)定了一個低限制。顯然，一個僅有100nA驅(qū)動能力的輸入電源不可能給采用LTC4070的電池充電。不過，如果有1uA的驅(qū)動能力，就能剩下少量電流去充電。如果能得到10uA的驅(qū)動能力，那么該電流90%以上都可用于充電。

圖2：LTC4070方框圖

NTC電池查驗電路保護電池LTC4070用一個通過熱量耦合到電池的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻測量電池溫度。NTC熱敏電阻的溫度特性在電阻-溫度轉(zhuǎn)換表中規(guī)定。在溫度高于40°C以后，每上升10°C，內(nèi)部NTC電路就降低一次浮置電壓，以防止電池過熱(參見圖3以了解詳細(xì)信息)。

LTC4070采用一個電阻值之比來測量電池溫度。LTC4070在NTCBIAS與GND引腳之間布設(shè)了一個具4個抽頭的內(nèi)部固定電阻分壓器。定期地將這些抽頭上的電壓與NTC引腳上的電壓進行比較，以測量電池溫度。為了節(jié)省功率，通過以大約每1.5s一次的頻度把NTCBIAS引腳偏置至VCC來定期測量電池溫度。

圖3：LTC4070過熱浮置電壓查驗

其他關(guān)鍵功能LTC4070具有一個與ADJ引腳相連的內(nèi)置三態(tài)解碼器，用以提供3種可編程浮置電壓：4.0V、4.1V、或4.2V。當(dāng)ADJ引腳連接至GND、浮置或連接至VCC時，浮置電壓將被分別設(shè)置為4.0V、4.1V或4.2V。大約每1.5s對ADJ引腳的狀態(tài)進行一次采樣。當(dāng)ADJ引腳被采樣時，LTC4070在其上施加一個相對較低的阻抗電壓。這種做法可以防止低水平的電路板漏電流破壞設(shè)定的浮置電壓。免除電阻器不僅縮減了解決方案的外形尺寸，而且還由于無需使用大阻值的電阻器而降低了靜態(tài)電流。

另外，該器件還具有狀態(tài)輸出及發(fā)送指示信號的能力。高電池電量監(jiān)視器輸出(HBO)是一個高態(tài)有效CMOS輸出，當(dāng)電池充滿電且電流通過分路離開BAT時，該輸出將發(fā)出指示信號。低電池電量監(jiān)視器輸出(LBO)也是一個高態(tài)有效CMOS輸出，當(dāng)電池放電至3.2V以下時，此輸出將發(fā)出對應(yīng)的指示信號。最后，外部驅(qū)動器輸出引腳DRV可連接至外部p-FET的柵極以增加分路電流，從而滿足那些需要50mA以上充電電流(最大500mA)的應(yīng)用。

LTC4071集成電池組保護功能LTC4071也是一個并聯(lián)電池充電器系統(tǒng)，而且還是首款具有集成型電池組保護功能(包括低電池電量斷接)的器件。相比于LTC4070，LTC4071的不同之處包括：其擁有集成型電池組保護功能(低電池電量斷接)、但充電電流能力較低(50mA)、靜態(tài)電流較高(550nA)、且不具備LBO。對于避免低電量電池由于自放電而受損而言，低電池電量斷接是一種必需的關(guān)鍵性功能。雖然LTC4070能夠利用LBO和一個外部p-FET來實現(xiàn)低電池電量斷接功能，但該IC仍將繼續(xù)從電池消耗全部IQ(約0.5μA)。即使是如此之小的電池漏電流也會在一夜之間導(dǎo)致低電量電池的損壞。相反，LTC4071集成了一個徹底的低電池電量斷接功能，當(dāng)斷接時，從電池吸取的電流接近零(在室溫時<1nA，在125°C時<25nA)。為了在LTC4071中提供這一功能，相應(yīng)于LTC4070的LBO和DRV引腳被去掉了。參見圖4以了解詳細(xì)信息。這使LTC4071的最大分流電流固定為50mA(LTC4070是50mA，但采用一個外部FET，就能達到500mA)，而且將該IC的靜態(tài)電流提高到了550nA(LTC4070的靜態(tài)電流為450nA)。下表1總結(jié)了這兩個相互關(guān)聯(lián)的IC之間的差別。

圖4：LTC4071的典型應(yīng)用電路

表1：LTC4070和LTC4071的比較

結(jié)論并聯(lián)基準(zhǔn)有很多應(yīng)用，而且視其功能的不同而不同，并聯(lián)基準(zhǔn)甚至可以用來給電池充電。不過，這種類型的應(yīng)用有很多缺點，包括大靜態(tài)電流和缺乏電池保護功能?，F(xiàn)在，有了合適的DC-DC轉(zhuǎn)換器或電池充電器，因此可以對低功率能量收集應(yīng)用進行查驗了。凌力爾特公司開發(fā)了LTC4070和LTC4071并聯(lián)充電器系統(tǒng)，這兩款器件適用于鋰離子/聚合物電池、幣形電池、薄膜電池和電池組，可為具有低功率電源的領(lǐng)先應(yīng)用提供一種簡單、有效的電池充電和電池組保護解決方案。