Ladetechnik Power-Manager lädt LiFePO₄-Einzelzellen bei 3,5 A

Der LTC4156 von Linear Technology ist ein Hochleistungs-PowerPath-Manager mit hohem Wirkungsgrad, I²C-Schnittstelle, „Ideale-Diode“-Controller und LiFePO₄-Akkulader für Geräte, die von einer Einzelzelle gespeist werden. Typische Anwendungen sind tragbare medizinische und industrielle Geräte, Notstromversorgungen und andere batteriebetriebene Anwendungen hoher Leistungsdichte.

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Der LTC4156 kann von Quellen unterschiedlichster Art gespeist werden, liefert eine Ausgangsleistung bis 15 W und arbeitet mit minimaler Verlustleistung, was das Temperaturmanagement vereinfacht. Die PowerPath-Schaltertopologie ermöglicht ein unterbrechungsfreies Umschalten zwischen zwei Ladestromquellen, z.B. einem Netzadapter und einem USB-Port, und sorgt bei begrenzter Eingangsleistung dafür, dass die Systemlast gegenüber dem Akku bevorzugt mit Strom versorgt wird.

Da der LTC4156 aufgrund seines hohen Wirkungsgrades die Eingangsleistung zu einem großen Teil in Ausgangsleistung umsetzt, kann der Ladestrom höher sein als der Strom aus der Eingangsspannungsquelle. So kann die verfügbare Eingangsleistung optimal zum Laden des Akkus genutzt werden, ohne dass die maximal zulässige Stromstärke der Eingangsspannungsquelle überschritten wird. Wenn der LTC4156 etwa von einem 5 V/2 A-Netzadapter gespeist wird, überträgt der interne Schaltregler über 90% der verfügbaren Eingangsleistung von 10 W zum Akku. Damit kann der Ladestrom bis zu 2,4 A betragen und die Ladezeit verkürzt sich entsprechend. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Akkuladern auf Schaltreglerbasis ist der LTC4156 sofort nach dem Anlegen der Eingangsspannung betriebsbereit. So ist sichergestellt, dass selbst bei tiefentladenem Akku das System sofort nach dem Anschluss an die Quelle mit Betriebsspannung versorgt wird. Der Chip unterstützt USB OTG (On-The-Go) und liefert eine Betriebsspannung von 5 V an den USB-Port zurück, ohne dass dafür externe Bauelemente benötigt werden.

Über eine einfache 2-Draht-I²C-Schnittstelle können zahlreiche Systemparameter programmiert werden – u.a. Ladestrom, maximaler Eingangsstrom (einschließlich USB-2.0- und USB-3.0-kompatibler Einstellungen) und Floatspannung (3,45, 3,55, 3,60, 3,80 V). Über den Kommunikationsbus können zudem Statusinformationen wie Akkutemperatur, Eingangsspannungsstatus, Ladeschaltungsstatus und Fehlerstatus abgefragt werden.

Der autonome LiFePO₄-Einzelzellen-Akkulader im LTC4156 liefert bis zu 3,5 A Ladestrom. Es stehen 15 Ladestrom-Einstellungen zur Auswahl. Der Lader bietet darüber hinaus folgende Funktionen:

• automatisches Nachladen,

• Erkennung defekter Zellen,

• programmierbarer Sicherheitstimer,

• thermistorgesteuertes Laden,

• programmierbare Anzeige/Beendigung des Ladevorgangs und

• programmierbare Interrupt-Auslösung.

Der LTC4156 enthält in jedem der beiden Eingänge eine mit priorisiertem Multiplexing arbeitende Überspannungsschutzschaltung (OVP), die den Chip und das Endprodukt vor Beschädigung durch Überspannung schützt. Der integrierte „Ideale Diode“-Controller gewährleistet, dass am Ausgang stets die volle V_OUT verfügbar ist, auch wenn die Spannung an den beiden Eingangsanschlüssen des Chips zu niedrig ist oder dort gar keine Spannung anliegt. Für den Fall, dass ein Gerät an einen USB-Port im Suspend Mode angeschlossen wird, enthält das IC einen LDO von V_BUS nach V_OUT, der den zulässigen Suspend-Strom liefert und die Stromentnahme aus dem Akku minimiert. Um die Stromentnahme aus dem Akku in der Zeit zwischen Produktion und Verkauf zu minimieren, verfügt der Chip über eine Ship-and-store-Funktion, die den ohnehin kleinen Akku-Standby-Strom auf fast Null reduziert. Der LTC4156 ergänzt den LTC4155, der die gleichen Funktionen bietet, aber für Systeme mit Li-Ion/Polymer-Akku konzipiert ist.

Der LTC4156 hat ein 4 mm x 5 mm großes, 28-poliges QFN-Gehäuse mit einer Höhe von nur 0,75 mm und ist für den Betriebstemperaturbereich von -40 bis 125 °C spezifiziert.

Die wichtigsten Leistungsmerkmale des LTC4156 im Überblick:

• Hochleistungs-Schaltregler-LiFePO4-Akkulader mit hohem Wirkungsgrad und bis zu 3,5 A Ladestrom.

• monolithischer Schaltregler nutzt die verfügbare begrenzte Eingangsleistung optimal aus,

• Überspannungsschutz-Controller für beide Eingänge,

• priorisiertes Multiplexing für mehrere Eingänge,

• I²C/SMBus-Steuerung für optimale Systemleistung und Abfrage von Statusinformationen,

• „Instant-On“-Betrieb bei schwachem Akku,

• „Ideale-Diode“-Controller für Power Management,

• USB-OTG-Stromlieferung vom Akku zum USB-Port,

• vollwertiger LiFePO4-Akkulader mit vier Floatspannungseinstellungen (3,45, 3,55, 3,60 und 3,80 V),

• 3,5 A maximaler Ladestrom aus Netzadapter,

• unterstützt USB-2.0- und USB-3.0-Spezifikationen,

• flaches (0,75 mm hoch) 28-poliges, 4 mm × 5 mm großes QFN-Gehäuse.

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