深入解讀LTC4123：低功耗無線助聽器充電器的理想之選

引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，低功耗、小型化的需求日益增長，尤其是在如助聽器、智能卡等便攜設(shè)備中。LTC4123作為一款專為低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)的無線充電器，為這些設(shè)備提供了高效、可靠的充電解決方案。本文將詳細(xì)介紹LTC4123的特性、應(yīng)用、工作原理以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為電子工程師們?cè)谙嚓P(guān)設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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一、LTC4123的特性亮點(diǎn)

1. 完整的低功耗無線NiMH充電器

• 它具備較低的最小輸入電壓，僅需2.2V，這使得它在各種低電壓電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。
• 作為1.5V、25mA的線性單節(jié)NiMH充電器，能精準(zhǔn)地為電池充電，有效保護(hù)電池壽命。

  2. 小巧的總體解決方案

• 采用熱增強(qiáng)型6引腳（2mm × 2mm）DFN封裝，總解決方案體積小，非常適合對(duì)空間要求苛刻的應(yīng)用，如助聽器。

  3. 多重保護(hù)功能

• 溫度補(bǔ)償充電電壓功能可根據(jù)電池溫度調(diào)整充電電壓，防止電池過充，保護(hù)電池安全。
• 集成了帶過壓限制的整流器，能有效防止電壓過高對(duì)設(shè)備造成損壞。
• 具備鋅 - 空氣電池檢測(cè)功能，可避免誤對(duì)鋅 - 空氣電池充電。
• 擁有反向極性保護(hù)功能，防止因電池安裝極性錯(cuò)誤而損壞充電器。

二、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

LTC4123的應(yīng)用場(chǎng)景豐富多樣，主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 助聽器

其小巧的體積和低功耗特性使其成為助聽器充電的理想選擇，能夠在不增加過多體積和功耗的情況下，為助聽器提供穩(wěn)定的充電功能。

2. 智能卡

滿足智能卡對(duì)充電設(shè)備小型化和低功耗的要求，確保智能卡的正常工作。

3. 健身設(shè)備

在健身設(shè)備中，LTC4123可以為設(shè)備提供無線充電功能，方便用戶使用，同時(shí)其低功耗特性也有助于延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

4. 移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)設(shè)備

能夠?yàn)橐苿?dòng)或旋轉(zhuǎn)的設(shè)備進(jìn)行無線充電，解決了傳統(tǒng)有線充電在這些場(chǎng)景下的不便。

三、工作原理剖析

1. 充電算法

LTC4123采用恒流/恒壓充電算法，通過外部編程電阻可將充電電流編程至最大25mA。最終充電電壓會(huì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以達(dá)到最佳的充電狀態(tài)，預(yù)防電池過充。在 - 5°C至70?C的范圍內(nèi)，它能保證充電電壓的精度在±15mV以內(nèi)。

2. 無線功率傳輸

外部諧振LC tank連接到ACIN引腳，使充電器能夠從發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中無線接收功率。完整的無線功率傳輸系統(tǒng)由發(fā)射電路（含發(fā)射線圈）和接收電路（含接收線圈）組成。整流和輸入功率控制電路會(huì)對(duì)ACIN引腳的交流電壓進(jìn)行整流，并將整流后的電壓調(diào)節(jié)到 (V_{CC(HIGH)}) （通常為5V）以下。

3. 狀態(tài)指示與保護(hù)

• 通過將LED連接到 (CHRG) 引腳，可以指示充電周期的狀態(tài)和任何故障情況。
• 內(nèi)部熱限制功能會(huì)在芯片溫度高于70?C或低于 - 5?C時(shí)停止充電，并暫停6小時(shí)的充電計(jì)時(shí)器。

4. 典型充電周期

• 當(dāng)設(shè)備上電時(shí)，6小時(shí)的充電計(jì)時(shí)器開始啟動(dòng)。在充電周期開始時(shí)，LTC4123會(huì)檢查電池是否反接或是否為鋅 - 空氣電池。若存在故障，BAT引腳將進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，立即停止充電，連接到CHRG的LED會(huì)快速閃爍（通常為6Hz）。
• 若電池為正接的NiMH電池，充電器將以編程的電流水平在恒流模式下繼續(xù)充電，CHRG會(huì)緩慢閃爍（通常為0.8Hz）。
• 當(dāng)BAT引腳電壓接近最終充電電壓時(shí)，LTC4123進(jìn)入恒壓模式，充電電流開始下降。充電終止計(jì)時(shí)器到期后，充電電流停止，BAT引腳進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)，CHRG引腳停止閃爍并進(jìn)入下拉狀態(tài)。

四、關(guān)鍵參數(shù)與特性曲線

1. 絕對(duì)最大額定值

• 輸入電源電壓 (V{CC}) 范圍為 - 0.3V至5.5V，ACIN范圍為 - 10V至 (V{CC}) + 1V。
• 輸入電源電流方面，I(ACIN)最大為200mA等。

  2. 電氣特性

  涵蓋了輸入電源工作范圍、輸入靜態(tài)工作電流、欠壓鎖定閾值、電池充電電壓等多個(gè)參數(shù)，且這些參數(shù)會(huì)隨著溫度和其他條件的變化而有所不同。例如，在不同溫度下，電池充電電壓會(huì)有相應(yīng)的補(bǔ)償調(diào)整。

  3. 典型性能特性曲線

  通過一系列曲線展示了電池充電電流與電池充電電壓、電池充電電壓與溫度、電池充電電壓與電源電壓等之間的關(guān)系，為工程師在設(shè)計(jì)時(shí)提供了直觀的參考依據(jù)。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與應(yīng)用建議

1. 輸入電壓限定

內(nèi)部欠壓鎖定（UVLO）電路會(huì)監(jiān)控 (V{CC}) 的輸入電壓，當(dāng) (V{CC}) 低于 (V{UVLO}) （通常為1.95V）時(shí)，會(huì)禁用LTC4123。UVLO電路具有約40mV的內(nèi)置遲滯。此外，還具備欠壓電流限制（UVCL）功能，可防止在輸入電源電壓低于 (V{UVCL}) （通常為2.2V）時(shí)以編程電流進(jìn)行充電，避免出現(xiàn)間歇性充電的情況。

2. 電池故障檢測(cè)

• 在充電周期開始時(shí)，LTC4123會(huì)檢測(cè)是否存在鋅 - 空氣電池。若在充電開始的 (T{Zn - AIR}) （通常為80秒）內(nèi)，BAT引腳電壓上升超過 (V{Zn - AIR}) （通常為1.65V），則判定為鋅 - 空氣電池，立即禁用充電。
• 當(dāng)電池反接、芯片溫度過高或過低時(shí)，連接到CHRG的LED會(huì)快速閃爍，以指示故障狀態(tài)。

  3. 無線功率傳輸設(shè)計(jì)

• 為了提高空氣間隙的功率傳輸范圍，可將LC tank連接到ACIN引腳，并將其調(diào)諧到與發(fā)射線圈交流電流頻率相同的頻率。
• 在設(shè)計(jì)單晶體管發(fā)射器時(shí)，可通過調(diào)整如供電電壓 (V{IN}) 、驅(qū)動(dòng)頻率 (f{DRIVE}) 和發(fā)射線圈電感 (L_{TX}) 等參數(shù)來調(diào)整發(fā)射功率。但需注意，發(fā)射功率應(yīng)在滿足接收要求的前提下盡量調(diào)低，避免超過發(fā)射線圈的額定電流，同時(shí)減少LTC4123的發(fā)熱。

  4. 組件選擇

• 對(duì)于接收器和發(fā)射器，應(yīng)選擇具有良好品質(zhì)因數(shù)的接收和發(fā)射線圈，以及低ESR和低熱系數(shù)的電容器，如C0G陶瓷電容器。同時(shí)，可使用鐵氧體來改善磁耦合和屏蔽磁場(chǎng)。
• 對(duì)于CHRG狀態(tài)指示器，建議選擇高效率、低正向壓降的LED。

  5. 穩(wěn)定性考慮

  LTC4123具有恒流（CC）、恒壓（CV）和欠壓電流限制（UVCL）三個(gè)控制回路。在恒流模式下，PROG引腳的電容應(yīng)盡量減小，以保證充電器的穩(wěn)定性；在UVCL模式下，要注意 (V_{CC}) 引腳的串聯(lián)電阻和去耦電容對(duì)系統(tǒng)的影響。

  6. 電路板布局

• (V{CC}) 旁路電容器應(yīng)盡可能靠近 (V{CC}) 引腳連接，以減少AC噪聲。
• PROG引腳到編程電阻的走線應(yīng)盡可能短，以減少寄生電容的影響。

六、相關(guān)產(chǎn)品對(duì)比

七、總結(jié)

LTC4123以其低功耗、小巧體積、多重保護(hù)和高效充電等特性，為低功耗無線充電應(yīng)用提供了出色的解決方案。電子工程師們?cè)?a href="http://m.brongaenegriffin.com/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可根據(jù)其工作原理、關(guān)鍵參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，合理選擇組件和優(yōu)化電路板布局，以實(shí)現(xiàn)最佳的充電性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)，通過與相關(guān)產(chǎn)品的對(duì)比，能更好地根據(jù)具體需求選擇合適的充電方案。大家在使用LTC4123的過程中，是否遇到過一些特殊的問題或有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。