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LTC4155: Caricabatterie a doppio ingresso da 3,5A con I2C e USB OTG

LTC4155 Caricabatterie a doppio ingresso

Linear Technology ha presentato l'LTC4155, un sistema di power management di elevata potenza, molto efficiente, dotato di interfacce I2C e USB OTG, e particolarmente indicato per la carica di batterie agli ioni di litio (Li-Ion) in applicazioni su dispositivi portatili.

LTC4155 - descrizione

Il componente è basato sulla tecnologia ad elevata efficienza PowerPath, capace di erogare una potenza di 15W su 3,5A, e trova la sua principale applicazione nei circuiti di ricarica delle batterie agli ioni di litio per dispositivi portatili a singola cella, come tablet, PC ultra-mobili (UMPC), lettori DVD portatili, smartphone, fotocamere digitali, PDA, dispositivi portatili per applicazioni nel campo medico ed industriale, e navigatori portatili. Nonostante sia in grado di trasferire una potenza non trascurabile, il dispositivo è stato progettato in modo tale da minimizzare la dissipazione di potenza e soddisfare i vincoli termici a livello di PCB.

Come visibile nell'immagine di apertura dell'articolo, l'integrato è in grado di gestire il trasferimento di potenza da due sorgenti distinte a 5V in ingresso, vale a dire il classico adattatore di rete e la comune porta USB, consentendo in questo modo la ricarica di batterie di tipo Li-Ion a cella singola. Grazie alla sua elevata efficienza, l'LTC4155 permette alla corrente di carica in uscita di superare persino la corrente prelevata dalla sorgente di alimentazione, massimizzando l'utilizzo della potenza disponibile per eseguire la carica della batteria, senza tuttavia superare i limiti della potenza disponibile in ingresso.

Quando ad esempio il componente è alimentato da un adattatore di rete da 5V/2A, il regolatore switching è in grado di trasferire il 90% della potenza disponibile (pari a 10W), con valori di corrente di carica fino a 2,4A (riducendo così anche il tempo di ricarica delle batterie). Un'altra caratteristica rimarchevole dell'LTC4155 è la sua operatività istantanea ("instant-on operation"). Con questo termine si vuole indicare il fatto che la potenza viene resa disponibile sul carico (l'applicazione) anche nel caso in cui la batteria sia completamente scarica (penso vi sarà capitato, con qualche tipo di cellulare, di dover aspettare un pò di tempo prima di poterlo utilizzare subito dopo averlo collegato al caricabatterie con la batteria completamente scarica).

Per quanto concerne l'interfacciamento, il componente dispone anzitutto di un'interfaccia USB On-The-Go (OTG) capace di fornire una tensione di 5V sulla porta USB senza richiedere alcun componente aggiuntivo. Quando funziona in modalità USB-OTG, il componente opera in modalità inversa, nel senso che la carica della batteria viene utilizzata per fornire una tensione di 5V sulla porta USB per le relative applicazioni. In questa modalità, la corrente massima supportata è pari a 500mA (appositi circuiti di protezione limitano questo valore) ed il canale viene disabilitato qualora venisse rilevato un malfunzionamento sul connettore USB.

E' poi presente un'interfaccia I2C a due fili, con velocità fino a 400 kHz, attraverso la quale è possibile configurare diversi parametri di sistema del dispositivo, come: valore della corrente di carica, valore della corrente in ingresso (include le impostazioni per la compatibilità con gli standard USB 2.0 e 3.0), e la tensione variabile. Il bus di comunicazione consente all'LTC4155 di rendere anche disponibili informazioni di stato come: temperatura della batteria, stato della tensione in ingresso, stato della carica, e stato di funzionamento corretto o di erroe. La corrente massima di carica è pari a 3,5A, mentre sono disponibili 4 valori differenti di tensione variabile e 15 diversi profili di carica adatti a diversi tipi di applicazioni. Come in ogni componente della gamma Linear non mancano le funzionalità volte ad aumentare il grado di sicurezza del dispositivo.

E' quindi presente un circuito di protezione dalle sovratemperature della batteria che riduce la tensione della batteria nel caso in cui si verifichino contemporaneamente gli eventi di sovratemperature della batteria ed elevata tensione della batteria. In aggiunta, il dispositivo include una funzionalità di ricarica automatica, rilevamento delle celle guaste, carica troppo lenta, timer di sicurezza programmabile, ingresso termistore per la carica in base alla temperatura, indicatore/termine di fine carica programmabile e generazione di interrupt programmabile. E' inoltre presente un circuito di protezione dalle sovratensioni (Over Voltage Protection, OVP) che, applicato ad entrambi gli ingressi, li protegge dall'applicazione accidentale di tensioni troppo elevate.

Il controllore a diodo ideale interno all'LTC4155 garantisce sempre un'ampia disponibilità di potenza sull'scita VOUT, anche quando la potenza in ingresso è non sufficente oppure assente. Per ridurre al minimo le perdite della batteria quando il dispositivo è collegato a una porta USB sospesa, è presente un regolatore low-dropout (LDO) da VBUS verso VOUT che interrompe la corrente verso il carico. Per evitare l'esaurimento della batteria tra la fase di produzione e quella di vendita, è prevista funzionalità ship-and-store, la quale riduce quasi a zero la corrente di standby di una batteria già pcp carica. A livello di package, l'LTC4155 è disponibile in un contenitore QFN da 28-pin a basso profilo (0.75mm) con dimensioni di 4mm x 5mm, e garantito per l'operatività nel range di temperatura compreso tra -40°C e 85°C. Il prezzo parte da 4,07 USD per un lotto minimo di 1.000 unità.

Nell'immagine seguente viene mostrata una tipica applicazione dell'LTC4155, qui configurato in veste di caricabatterie con sorgente di tensione USB.

Quest'altra immagine riporta invece l'andamento dell'efficienza del componente al variare dell'intensità della corrente di carica. Si noti come la curva sia pressochè lineare (quindi costante), con valore molto alto e prossimo al 90% su tutto il range di corrente ammesso.

L'LTC4155 include anche un convertitore analogico-digitale (ADC) a 7-bit per il monitoraggio della temperatura della batteria tramite un termistore esterno a coefficiente di temperatura negativo (NTC) collocato nei pressi del pacco batterie. La misura del termistore è disponibile sull'interfaccia I2C, tranne il caso in cui venga abilitata la funzionalità "ship-and-store", e viene utilizzata per determinare se la temperatura della batteria è troppo bassa o troppo alta per eseguire il processo di carica, oppure se si sta verificando un over-heating della batteria. Se la temperatura è fuori range, il processo di carica viene interrotto, e ripreso successivamente quando la temperatura si riporta a valori normali.

LTC4155 - caratteristiche tecniche

Le principali caratteristiche tecniche di questo componente possono essere riepilogate nel modo seguente:

  • caricabatteria per batterie agli ioni di litio (Li-Ion) ad alta potenza e alto rendimento per una corrente di carica massima di 3,5A
  • regolatore switching di tipo monolitico per un uso ottimale di una limitata potenza in ingresso
  • controller con protezione dalle sovratensioni su entrambi gli ingressi, con multiplexing di priorità per ingressi multipli
  • controllo tramite I2C/SMBus per prestazioni ottimali del sistema e informazioni sullo stato di funzionamento
  • funzionamento instant-on nel caso di batteria scarica
  • batteria con controller a diodo ideale per un efficiente power management
  • erogazione della potenza tramite USB OTG, dalla batteria verso la porta USB
  • 4 diverse impostazioni di tensione variabile
  • fino a 3,5A di corrente massima di uscita (con ingresso adattatore di rete)
  • supporto per gli standard USB 2.0 e 3.0
  • package QFN da 28-pin basso profilo (0,75 mm) da 4 x 5 mm

Linear Technology LTC4155

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ritratto di Ionela

LTC4155 è ideale per i

LTC4155 è ideale per i dispositivi portatili a singola cella come ad esempio: video player personali, tablet, PC ultra-mobile, fotocamere digitali, palmari, smartphone, dispositivi portatili in ambito medicale e industriale e navigatori PND.

ritratto di alexm90

caratteristiche davvero molto

caratteristiche davvero molto interessanti, soprattutto la possibilità di controllo tramite i2c e dell' adc integrato. altra caratteristica interessante è la capacità di gestire due distinte sorgenti.. peccato però per il package QFN, che ne limita molto (del tutto?) l' utilizzo a livello hobbistico

ritratto di brazov2

interessante

si profila come un degno competitor di TI bq243xx!
Il parametro interessante che lo distingue dalla massa e' una corrente di carica massima di 1.5A.

 

 

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