線性電池充電器LTC4059/LTC4059A：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電器是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分。今天，我們就來(lái)深入了解一下Linear Technology Corporation的LTC4059/LTC4059A線性鋰離子電池充電器，看看它有哪些獨(dú)特的特性和應(yīng)用場(chǎng)景，以及設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些要點(diǎn)。

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產(chǎn)品概述

LTC4059/LTC4059A是專為單節(jié)鋰離子電池充電設(shè)計(jì)的恒流/恒壓線性充電器。其2mm × 2mm DFN封裝和極少的外部元件數(shù)量，使其特別適合便攜式應(yīng)用。而且，它們能夠在USB電源規(guī)格范圍內(nèi)工作，為各種電子設(shè)備提供了便捷的充電解決方案。

主要特性

充電電流可編程

充電電流最高可達(dá)900mA，并且可以通過(guò)連接到PROG引腳的電阻進(jìn)行編程。這使得用戶可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求靈活調(diào)整充電電流，以滿足不同電池的充電要求。

充電電流監(jiān)測(cè)

具有充電電流監(jiān)測(cè)輸出，可用于充電終止判斷。通過(guò)監(jiān)測(cè)PROG引腳的電壓，用戶可以實(shí)時(shí)了解充電電流的大小，從而準(zhǔn)確控制充電過(guò)程。

熱調(diào)節(jié)功能

采用恒流/恒壓操作，并具備熱調(diào)節(jié)功能，能夠在不產(chǎn)生過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)的情況下最大化充電速率。當(dāng)芯片溫度接近預(yù)設(shè)值（約115°C）時(shí)，內(nèi)部的熱反饋機(jī)制會(huì)自動(dòng)降低充電電流，保護(hù)芯片和外部元件。

其他特性

• LTC4059還具備恒流源模式，可用于為鎳電池充電。
• LTC4059A的ACPR引腳可指示輸入電源的存在。
• 無(wú)需外部MOSFET、檢測(cè)電阻或阻塞二極管，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
• 工作電源電壓范圍為3.75V至8V，可直接從USB端口為單節(jié)鋰離子電池充電。
• 預(yù)設(shè)4.2V充電電壓，精度為±0.6%。
• 關(guān)機(jī)模式下電源電流僅為10μA，降低了功耗。

應(yīng)用場(chǎng)景

LTC4059/LTC4059A適用于多種便攜式電子設(shè)備，如無(wú)線PDA、手機(jī)、便攜式電子設(shè)備、無(wú)線耳機(jī)和數(shù)碼相機(jī)等。其小巧的封裝和低功耗特性，使其成為這些設(shè)備的理想充電解決方案。

工作原理

充電模式

當(dāng)VCC引腳電壓比BAT引腳電壓高約150mV，并且PROG引腳連接到地的編程電阻，同時(shí)EN引腳拉低至關(guān)機(jī)閾值（通常為0.92V）以下時(shí)，充電周期開始。

• 恒流模式：如果BAT引腳電壓低于4.2V，或者LTC4059的Li CC引腳被拉高，充電器將以編程電流為電池充電。
• 恒壓模式：當(dāng)BAT引腳接近最終浮充電壓（4.2V）時(shí)，充電器進(jìn)入恒壓模式，充電電流開始減小。

熱調(diào)節(jié)

內(nèi)部的熱調(diào)節(jié)功能通過(guò)TA放大器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)芯片溫度超過(guò)約115°C時(shí)，TA放大器會(huì)通過(guò)R3提供電流，使CA放大器降低充電電流，直到PROG引腳電壓加上R3上的電壓等于1.21V。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

充電電流編程

充電電流通過(guò)連接在PROG引腳和地之間的單個(gè)電阻進(jìn)行編程。計(jì)算公式為： [R{PROG }=1000 cdot frac{1.21 V}{I{CHG}}, I{CHG}=1000 cdot frac{1.21 V}{R{PROG }}] 為了保證溫度和時(shí)間穩(wěn)定性，建議使用1%的金屬膜電阻。

欠壓鎖定（UVLO）

內(nèi)部的欠壓鎖定電路會(huì)監(jiān)測(cè)輸入電壓，當(dāng)VCC比BAT引腳電壓高約150mV時(shí)，充電器才會(huì)退出欠壓鎖定狀態(tài)。欠壓鎖定電路具有115mV的遲滯。在欠壓鎖定期間，最大電池漏電流為4μA。

電源狀態(tài)指示（ACPR，僅LTC4059A）

ACPR引腳有下拉和高阻抗兩種狀態(tài)。下拉狀態(tài)表示VCC高于欠壓鎖定閾值，此時(shí)充電器可以正常充電；高阻抗?fàn)顟B(tài)表示無(wú)法為電池充電。

關(guān)機(jī)模式

將EN引腳拉高至關(guān)機(jī)閾值（約0.92V）以上，可終止充電過(guò)程。在關(guān)機(jī)模式下，電池漏電流小于1μA，電源電流為10μA。

電源選擇

LTC4059/LTC4059A既可以通過(guò)USB端口充電，也可以使用墻式適配器。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)兩者的組合使用。例如，使用P通道MOSFET防止墻式適配器存在時(shí)電流倒灌到USB端口，使用肖特基二極管防止USB電源通過(guò)下拉電阻流失。

功耗計(jì)算

LTC4059的功耗可以近似計(jì)算為： [P{D}=left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T}] 當(dāng)芯片溫度接近115°C時(shí)，熱反饋會(huì)自動(dòng)降低充電電流?？梢酝ㄟ^(guò)以下公式計(jì)算熱反饋開始起作用的環(huán)境溫度： [T{A}=115^{circ} C-left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T} cdot theta_{J A}]

電路板布局

為了在各種條件下都能提供最大充電電流，必須將LTC4059/LTC4059A封裝背面的裸露金屬焊盤焊接到PCB的接地層。正確焊接到2500 (mm^{2})的雙面1oz銅板上時(shí)，熱阻約為60°C/W。如果沒有良好的熱接觸，熱阻會(huì)大幅增加，影響充電性能。

穩(wěn)定性考慮

• 恒壓環(huán)路：當(dāng)電池通過(guò)低阻抗引線連接時(shí)，恒壓環(huán)路無(wú)需補(bǔ)償即可穩(wěn)定。但過(guò)長(zhǎng)的引線可能會(huì)引入串聯(lián)電感，需要在BAT和GND之間添加至少1μF的旁路電容。當(dāng)電池?cái)嚅_時(shí)，需要在BAT和GND之間連接一個(gè)4.7μF的電容和0.2Ω至1Ω的串聯(lián)電阻，以降低紋波電壓。
• 恒流模式：在恒流模式下，PROG引腳處于反饋環(huán)路中，因此該引腳的電容必須保持最小。PROG引腳的極點(diǎn)頻率應(yīng)保持在500kHz以上，以確保充電器的穩(wěn)定性。

相關(guān)產(chǎn)品

Linear Technology Corporation還提供了一系列相關(guān)的電池充電器和管理芯片，如LTC1733、LTC1734、LTC1998等。這些產(chǎn)品各有特點(diǎn)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總之，LTC4059/LTC4059A是一款性能出色的線性鋰離子電池充電器，具有多種實(shí)用的特性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意充電電流編程、欠壓鎖定、電源狀態(tài)指示等要點(diǎn)，同時(shí)合理布局電路板，確保充電器的穩(wěn)定性和性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過(guò)類似充電器的設(shè)計(jì)難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。