双电池电源管理器将运行时间延长12%，充电时间缩短一半

Mark Gurries

为了节省空间并提供更长的电池运行时间，许多高性能笔记本电脑支持双可插拔电池，其中每个电池托架可以容纳一个电池或一个可选的外围设备。两块电池显然比一块电池好，比单节电池提供更长的运行时间，但它们能好多少？答案是，两块电池可以产生比单个电池更好的两倍的性能。诀窍在于同时对两个电池进行充电和放电，而不是传统上更简单的顺序方法。

虽然多电池同时充电和放电系统可能比顺序系统更难实现，但并联充电和放电双电池可显著缩短充电时间并延长运行时间。LTC1960 将所有难以设计的充电和放电控制功能封装在一个封装中，从而解决了许多设计复杂性，从而使双电池管理系统的实施成为可能，适用于多种应用。除了控制同时进行电池充电和放电外，它还控制所有 PowerPath™在两个电池、壁式适配器和设备的 DC/DC 转换器之间切换，此外它还包括许多电路保护功能。图1所示为典型应用的框图。

图1.LTC1960系统架构。

LTC1960 包括两个控制器：PowerPath 控制器负责管理来自两个电池和一个 DC 输入电源的供电，而充电控制器则负责管理电池的充电。

PowerPath控制器的核心是理想的二极管电路，可在电池之间实现精确的电压跟踪。理想的二极管电路使用相同的MOSFET晶体管来打开和关闭电源，并使它们像二极管一样工作，但没有功率损耗或压降变化作为电流的函数。电压损耗和功率损耗通常比肖特基二极管降低30倍。高速比较器监视反向电流条件，并在几微秒内关断 MOSFET。欠压检测器观察负载处的突然电压损失，并在 10 微秒内打开所有电源，无需主机干预。在发生CPU过压情况或任何其他系统级危机时，主机还可以在紧急情况下通过高速关断输入关闭PowerPath。最后，还有一个基于时间和电流的组合短路保护系统，可保护电源路径MOSFET在短路时免受破坏。

充电器控制器采用同步整流，具有 0.5V 低压差能力和 99% 最大占空比。提供系统级精度为±11.0%的8位电压DAC和系统精度为5%的10位电流DAC。由于能够从毫安到安的编程，因此在低电流下保持良好的电流精度是一项挑战。LTC1960 充电器通过在低电流模式下提供一种任选的脉冲充电来解决这一问题。获得专利的输入电流限制可在最终产品运行时最大限度地提高充电速率，而不会使墙上适配器过载。该 IC 的 5% 精度电流限制允许用户准确确定墙上适配器的尺寸，避免过度设计和更高的成本。过压比较器检测到电池突然断开并关闭充电器，直到过压条件清除。

自动均流

LTC1960 在充电和放电时不控制流入和流出每个电池的电流。理想的二极管功能允许电池本身控制均流，从而有助于优化电池充电时间。这是因为每个电池的容量或安培小时额定值决定了如何共享电流。电流只是根据电池额定容量的比率划分。电流的自动转向允许两个电池同时达到其完全充电或完全放电点。

同时放电可延长运行时间

在高电流消耗应用中，并联放电两个电池的运行时间比单个电池的运行时间长一倍以上（见图2）。当两个电池平均共享负载电流时，每个电池的电流减半，因此内部电池I2R功率损耗减少四分之一。内部电池功率损耗的降低会导致更长的运行时间，增加 12% 或更多。

图2.双放电延长了运行时间。

使用第二块电池缩短充电时间

LTC1960 可以在为两节电池充电所需的时间内为两节电池充电，而不必创建单独的充电电路。相对于使用恒流 （CC） 模式的电池，在充电终止期间使用恒压 （CV） 模式的电池需要很长时间才能达到其全部容量。具体来说，锂离子电池在充电时间周期的前半部分充电到其容量的85%左右，后半部分则填充剩余的15%。

如果两个电池在CV阶段同时接收充电电流，则总充电时间可减少25%。另外 25% 或更多，在充电的 CC 阶段可以节省时间，其中电池的自动均流允许相对于单个电池以更高的电流速率充电。总之，相对于顺序方法，您可以将充电时间缩短约50%，如图3所示。

图3.双重充电缩短了充电时间。

自动危机电源管理

PowerPath 控制的一个重要特点是能够处理负载突然断电的情况。LTC1960 通过监视包括墙上适配器、电池 1 和电池 2 在内的所有三个电源的功率求和点上的电压来管理电源。如果负载断电，可编程电压比较器会检测到它，并在负载发生故障之前立即将所有三个电源连接到负载。这种状态称为3二极管模式（3DM）。具有最高电压的电源将拾取负载，并可实现多源均流。理想的二极管电路可防止能量从任何电源传输到任何其他电源。该系统可连续保持 3DM 模式，从而可以将 LTC1960 插入电路，而不必担心控制接口或编程 — 即插即用。

结论

LTC1960 是首个完整的双电池片上充电-放电系统解决方案。它降低了解决方案成本、开发时间、PCB 空间和零件数量，同时提供了相对于当今可用的任何其他解决方案更多的控制、安全性和自动危机管理。结合主机微控制器，它可以灵活地在用户专有和基于智能电池的应用中工作。LTC1960 所能实现的限值完全取决于控制 IC 的软件。

审核编辑：郭婷