Lade-ICs müssen mehreren Trends gerecht werden
Auch höhere Akku-Kapazitäten aus vielfältigen Quellen laden
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Leistungsbeschränkungen von Portablen Geräten mit nur einer Batterie aufheben
Obwohl es unmöglich erscheinen mag, die beschriebenen Anforderungen in einem einzigen IC zu realisieren, lässt sich anhand des Ladereglers LTC4155, eines I²C gesteuerten PowerPath-Managers von Linear Technology, beobachten, dass sich die scheinbar widersprüchlichen Anforderungen mit einem durchdachten Regler durchaus erfüllen lassen.
Der LTC4155 ist ein Idealer-Dioden-Controller für Lithium-Ionen-Ladung, der hohen Strom zur Verfügung stellt. Linear Technology hat ihn vor allem dafür entwickelt, effizient bis zu 3 A aus einen Vielzahl von 5-V-Quellen zu liefern. Im Ergebnis stellt der Baustein für die Batterieladung und das System einen verfügbaren Strom von mehr als 3,5 A bereit (siehe auch die Abbildung einer typischen Applikationsbeschaltung). Selbst bei diesen hohen Strömen erleichtert der Wirkungsgrad von 88% bis 94% des LTC4155 die thermische Auslegung des Systems. Die Schalttopologie des LTC4155 beherrscht die Leistungsverteilung aus zwei unterschiedlichen Eingangsquellen, wie einem Netzteil und einem USB-Port, an die wieder aufladbare Li-Ionen-Batterie des Gerätes, wobei sie bevorzugt Strom für das System liefert, wenn die Eingangsleistung eingeschränkt ist.
Der Schaltregler des LTC4155 agiert wie ein Transformator und ermöglicht es dem Laststrom an den Ausgangsanschlüssen, den Strom der aus der Eingangsquelle gezogen wird zu übersteigen und macht, im Vergleich zu typischen linearen Ladebausteinen, deutlich besseren Gebrauch von der verfügbaren Leistung. Dieses Beispiel zeigt, wie ein Lade-IC sehr effizient mit bis zu 3,5 A laden kann, was letztlich in den gewünschten kürzeren Ladezeiten resultiert. Und anders als normale schaltende Batterie-Lade-ICs hat der LTC4155 einen sofortigen Betrieb nach Einschalten (instant-on operation), um sicherzustellen, dass die Leistung für das System am Plug-in zur Verfügung steht, selbst bei einer völlig entladenen oder gar defekten Batterie.
Augenmerk auf Batterie- und Schaltkreisschutz
Beim Laden einer Batterie mit hoher Wiederholrate ist es besonders wichtig, die Sicherheit für die Batterie zu gewährleisten; sie ist daher zu überwachen. Der LTC4155 stoppt das Laden automatisch, wenn die Batterietemperatur unter 0 °C abfällt oder über 40 °C ansteigt (gemessen mit einem externen Thermistor mit negativen Temperaturkoeffizienten (NTC). Zusätzlich zu dieser autonomen Funktion hat der LTC4155 einen auf 7 Bit Auflösung erweiterten A/D-Wandler (ADC), um die Batterietemperatur mit rund 1 °C Genauigkeit zu überwachen, wie es in der Abbildung illustriert ist. Kombiniert mit den vier Schwebespannungen und 15 Einstellungen des Batterieladestroms, kann dieser ADC dazu genutzt werden, abhängig von der Batterietemperatur kundenspezifische Ladealgorithmen zu generieren.
Eine einfache Zweidraht-I²C-Schnittstelle bietet Zugriff auf die Messwerte des NTC/ADC, was die Justierung des Ladestroms und der Spannungseinstellungen erlaubt. Die I²C-Schnittstelle ermöglicht durch die Steuerung von 16 Einstellungen der Eingangsstrombegrenzung (einschließlich USB-2.0- und -3.0-Einstellungen) auch die Kompatibilität zu USB. Der Kommunikationsbus erlaubt es dem LTC4155 zusätzlich, Zustandsinformationen anzuzeigen, wie den Zustand der Eingangsstromversorgung und des Ladebausteins sowie aufgetretene Fehler. Die Unterstützung von USB-On-the-Go ergibt ohne zusätzliche Komponenten eine 5-V-Versorgung zurück in den USB-Port.
Der Prioritäts-Multiplexer mit Zweifach-Eingang des LTC4155 selektiert autonom den geeignetsten Eingang, das Netzteil oder USB, basierend auf einer vom Anwender definierten Priorität (Standard-Priorität hat der Netzteileingang). Eine Überspannungsschutzschaltung (OVP) schützt beide Eingänge gleichzeitig vor der Zerstörung bei versehentlichem Anlegen von zu hoher Spannung oder Verpolung. Der Ideale-Dioden-Controller des LTC4155 stellt sicher, dass für den Ausgang stets genügend Leistung verfügbar ist, selbst wenn die Eingangsleistung zu gering oder gar nicht vorhanden ist.
- Auch höhere Akku-Kapazitäten aus vielfältigen Quellen laden
- Leistungsbeschränkungen von Portablen Geräten mit nur einer Batterie aufheben
- Mehrfache Eingangsquellen, auch solche mit mehr als 30 V
