基于LTC4000的DC1830B-A/B电池充电器控制器及电源路径管理器演示电路解析

在电子设备的设计中，电池充电管理和电源路径控制是至关重要的环节。今天我们就来深入了解一下基于LTC4000的DC1830B-A/DC1830B-B演示电路，它在电池充电器控制和电源路径管理方面有着出色的表现。

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一、电路概述

1.1 基本功能

演示电路1830B是一款以LTC4000为核心的电池充电器控制器和PowerPath™管理器。它需要连接前端DC/DC电源才能构成完整的充电器解决方案。该电路输出电压范围为3V - 30V，使用提供的PFET时输出电流可达6.5A，若采用更高耐压的PFET或增加PFET数量，输出电压可高达60V，电流可达13A。DC1830A的参考设计针对4节LiFePO₄（14.6V/5A）应用。

1.2 定制性

DC1830B具有很强的定制性，能适应各种不同的应用场景。其输出电压和电流可根据具体需求进行调整，通过改变 (R{OFB2 }) 和 (R{BFB 2}) 可以设置不同的输出电压，还能使用微调电阻ROFBX和RBFBX精确调整所需的标称电压。例如，要实现14.4V的电池浮充电压，可将ROFB2和RBFB2改为86.6k，并在 (R{OFBX }) 和 (R{BFBX}) 处添加7.5M电阻以提高设置精度。其他参数也可根据LTC4000数据手册的指导进行调整。

1.3 应用场景

该电路可用于多种便携式应用，如仪器、工业设备、电动工具和计算机等。它能产生稳定的5A/14.6V电池充电器输出以及最大5.5A的系统输出。

1.4 两种版本差异

DC1830B - A提供电池充电器控制和电源路径管理的完整解决方案。它在VOUT - SYS和BAT之间增加了第二个PFET（Q2），实现即时开启功能，能使 (V{OUT - SYS }) 保持在较窄范围内，且在电池充满电且前端DC/DC转换器有电源时断开电池连接，同时还配备热调节电路来限制两个PFET的温度。而DC1830B - B仅提供简单的电池充电器控制解决方案，没有电源路径管理器，它删除了第二个PFET和热调节电路，电池始终在线， (V{OUT - SYS }) 跟踪BAT电压。

二、性能指标

在 (T_{A}=25^{circ} C) 的条件下，该电路的主要性能指标如下：	SYMBOL	PARAMETER	CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNITS
V IN	Input Supply Range	前端DC/DC电源的输入电压	20		60	V
I IN	Input Current Limit	由LTC4000设置的输入电流限制		3		A
V FLOAT	Battery Float Voltage		14.4	14.6	14.8	V
Output Regulation	Line and Load (20V to 60V, 0A to 4.5A)		±0.005		%
I BAT	Battery Charge Current			5		A
Battery Charge Current – Trickle			0.6		A
t T	Charge Termination Time	V BAT = V FLOAT	2.9			hours
V OUT - SYS	System Output Voltage		12.3	14.6	15.5	V
I OUT - SYS	System Output Current Range	*Input Current Limited Below 35V IN	0		5.5*	A

三、快速启动步骤

3.1 准备工作

演示电路1830需与前端DC/DC转换器配合使用，并根据具体应用进行定制。它已配备了性能总结中所述设计的组件，并与LTC3845A降压转换器进行了测试。同时，还有适用于LTC4000/LTC3789降压 - 升压组合的单独演示板DC1721A。在确定电路值时，可参考LTC4000数据手册第26页的设计示例。

3.2 具体步骤

1. 设置输入电源：将能够提供60V和3A的输入电源设置为24V，然后关闭电源。
2. 连接电源：在电源关闭的情况下，将电源连接到输入端子VIN和GND。需注意，输入电压低于20V可能会因LTC4000的欠压锁定功能而导致转换器无法启动；若需要进行效率测量，可参考图1的测试设置。
3. 启用充电：将CHARGE跳线设置为ENABLE。
4. 开启电源：打开输入电源，确保输入电压不超过60V。
5. 检查输出电压：检查BAT输出电压是否为14.6V，若正常则关闭输入电源。
6. 连接负载：连接一个能够在16V下吸收6A电流的可变负载到输出端子BAT和GND，并将电流设置为0A。
7. 再次开启电源：打开输入电源，若没有输出，可暂时断开负载，确保负载设置不过高。
8. 调整参数：当BAT输出电压再次稳定后，在工作范围内调整负载和/或电源，观察电池浮充电压调节、充电电流等所需参数。
9. 观察电流：将负载设置为恒压模式，以便更轻松地观察充电电流和涓流充电电流。对于DC1830B - A，在即时开启区域（ ((V{OUT }<) 12.5V）可能会启动热限制电路来保护Q2；Q1的可选热限制电路（Q5、RNTC3、R8 - 12和U2）用于在VOUT - SYS出现长时间短路且热条件不利（ ((T{A}>40^{circ} C)) 时保护Q1，但在热条件不那么苛刻、VOUT - SYS可用电流较低或不需要对VOUT - SYS进行连续短路保护的应用中可能不需要。
10. 关闭电源：关闭输入电源。
11. 连接负载和仪表：将输出负载和仪表连接到VOUT - SYS输出。
12. 禁用充电：将CHARGE跳线设置为DISABLE。
13. 再次开启电源：打开输入电源。
14. 观察参数：当VOUT - SYS再次稳定后，在工作范围内调整负载和/或电源，观察输出电压调节、纹波电压、效率、输入和输出电流限制等所需参数。

四、元件清单

4.1 DC1830B - A所需电路元件

包括各种电容、二极管、MOSFET、电阻和集成电路等，如电容C1（AVX, 0603ZD475MAT2A）、MOSFET Q1和Q2（VISHAY, SI7135DP - T1 - GE3）、集成电路U1（ANALOG DEVICES, LTC4000EUFD#PBF）等。

4.2 额外演示板电路元件

部分元件为可选元件，如电容CC1、CIGATE等，电阻R1、R2等，以及MOSFET Q3、Q4等。

4.3 硬件元件

包括测试点、接头、连接器和尼龙支柱等，如测试点E1 - E21（MILL - MAX）、接头JP1 - JP4（SAMTEC）、连接器J1 - J9（KEYSTONE）等。

4.4 DC1830B - B所需电路元件

与DC1830B - A有部分相同的元件，也有一些不同之处，如减少了部分元件的数量。同样也有一些可选元件，如电容、电阻、MOSFET等。

五、原理图

文档中提供了DC1830A的原理图（图3）以及修改后的DC1619A与DC1830A配合使用的原理图（图4）。这些原理图展示了电路的具体连接和元件布局，对于深入理解电路的工作原理和进行设计优化非常有帮助。

六、注意事项

6.1 ESD防护

该电路是静电放电（ESD）敏感设备，带电设备和电路板可能会在无察觉的情况下放电。尽管产品具有专利或专有保护电路，但高能量ESD仍可能对设备造成损坏。因此，应采取适当的ESD预防措施，以避免性能下降或功能丧失。

6.2 法律条款和条件

使用评估板需遵守相关协议。除非购买了评估板，否则使用评估板即表示同意相关条款和条件。评估板仅用于评估目的，不得用于其他用途，且不得出租、租赁、出售、转让等。同时，要注意保密，不得向其他方披露或转让评估板的任何部分。若停止使用评估板或协议终止，需及时将其归还ADI。此外，还需遵守出口规定，不得将评估板直接或间接出口到其他国家，并遵守美国联邦出口相关法律法规。

通过对DC1830B - A/DC1830B - B演示电路的详细了解，电子工程师们可以更好地将其应用于实际设计中，为各种电子设备提供高效、可靠的电池充电和电源管理解决方案。大家在实际使用过程中，有没有遇到过类似电路的一些特殊问题呢？欢迎在评论区分享交流。