深入解析LTC4069 - 4.4：高性能單節(jié)鋰電池充電器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，鋰電池以其高能量密度、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為了眾多便攜式設(shè)備的首選電源。而一款優(yōu)秀的鋰電池充電器對(duì)于保障電池的安全、高效充電至關(guān)重要。今天我們就來深入了解一下Linear Technology公司的LTC4069 - 4.4單節(jié)鋰電池充電器。

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產(chǎn)品概述

LTC4069 - 4.4是一款適用于高容量單節(jié)鋰離子電池的完整恒流/恒壓線性充電器，其浮動(dòng)電壓為4.4V。該充電器采用了2mm×2mm的DFN封裝，外部元件數(shù)量少，非常適合便攜式應(yīng)用。同時(shí)，它還專門設(shè)計(jì)為可在USB電源規(guī)格范圍內(nèi)工作，為設(shè)備的充電提供了更多的靈活性。

線性充電器在便攜式設(shè)備中具有諸多優(yōu)勢(shì)。它能以較小的體積和簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效充電，減少了設(shè)備內(nèi)部空間的占用，這對(duì)于追求輕薄便攜的設(shè)備來說至關(guān)重要。同時(shí)，線性充電器充電過程相對(duì)穩(wěn)定，能有效保護(hù)電池，延長(zhǎng)電池使用壽命。而且，它的成本相對(duì)較低，有助于降低產(chǎn)品整體成本。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

小巧封裝與低元件數(shù)

LTC4069 - 4.4采用2mm×2mm的DFN封裝，這使得它在空間有限的便攜式設(shè)備中占據(jù)極小的空間。同時(shí)，其外部元件數(shù)量少，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和PCB面積，提高了產(chǎn)品的集成度。

充電電流與精度

充電電流可編程高達(dá)750mA，且精度達(dá)到±5%，能夠滿足不同容量電池的快速充電需求。通過連接一個(gè)1%的電阻RPROG到地，即可輕松編程充電電流。計(jì)算公式為： [R{PROG }=1000 cdot frac{1 V}{I{CHG}}, I{CHG}=frac{1000 V}{R{PROG }}] 并且，在任何時(shí)候，通過監(jiān)測(cè)PROG引腳電壓，利用公式[I{BAT}=frac{V{PROG }}{R_{PROG }} cdot 1000] ，就可以確定從BAT引腳輸出的充電電流。

充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制

• C/10充電電流檢測(cè)輸出：CHRG引腳可指示充電電流是否已降至編程值的10%（C/10）。當(dāng)充電電流達(dá)到C/10時(shí)，CHRG引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，方便用戶了解充電狀態(tài)。
• 定時(shí)器充電終止：內(nèi)部定時(shí)器可根據(jù)電池制造商的規(guī)格終止充電，確保電池充電安全。典型的充電時(shí)間tTIMER為4.5小時(shí)。

溫度監(jiān)測(cè)與保護(hù)

• NTC熱敏電阻輸入：通過連接NTC熱敏電阻到NTC引腳，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電池溫度的監(jiān)測(cè)。當(dāng)電池溫度過高或過低時(shí)，充電器會(huì)暫停充電，同時(shí)CHRG引腳以2Hz頻率脈沖輸出，提醒用戶。
• 熱反饋調(diào)節(jié)：內(nèi)部熱反饋機(jī)制可調(diào)節(jié)充電電流，在高功率操作或高環(huán)境溫度條件下，將芯片結(jié)溫限制在約115°C，保護(hù)充電器和電池不受過熱影響。

其他特性

• 自動(dòng)充電：當(dāng)電池電壓低于充電閾值（通常為4.3V）時(shí)，充電器會(huì)自動(dòng)重啟充電，確保電池始終保持充滿狀態(tài)。
• 軟啟動(dòng)：軟啟動(dòng)電路可在充電開始時(shí)將充電電流從0逐漸增加到滿量程電流，時(shí)間約為170μs，減少了對(duì)電源的沖擊。
• 低功耗：在關(guān)機(jī)模式下，電池漏電流小于1μA，電源電流小于20μA，有效降低了功耗。

工作原理

充電模式

LTC4069 - 4.4采用恒流/恒壓/恒溫的充電算法。充電開始時(shí)，若VCC引腳電壓高于3.5V且比BAT引腳電壓高約80mV，PROG引腳連接1%的編程電阻，NTC引腳電壓在正常范圍內(nèi)，則進(jìn)入充電周期。

• 涓流充電模式：當(dāng)BAT引腳電壓低于2.9V時(shí)，充電器進(jìn)入涓流充電模式，以編程充電電流的十分之一為電池充電，將電池電壓提升到安全充電水平。
• 快速充電（恒流）模式：當(dāng)BAT引腳電壓在2.9V - 4.3V之間時(shí)，充電器進(jìn)入快速充電的恒流模式，以設(shè)定的充電電流為電池充電。
• 恒壓模式：當(dāng)BAT引腳接近最終浮動(dòng)電壓（4.4V）時(shí)，充電器進(jìn)入恒壓模式，充電電流開始減小。當(dāng)電流降至滿量程充電電流的10%時(shí)，CHRG引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，充電結(jié)束。

欠壓鎖定（UVLO）

內(nèi)部欠壓鎖定電路會(huì)監(jiān)測(cè)輸入電壓，直到VCC高于3.6V且比BAT引腳電壓高約80mV時(shí)，充電器才會(huì)退出欠壓鎖定狀態(tài)。在欠壓鎖定期間，最大電池漏電流為4μA，最大電源電流為11μA。

關(guān)機(jī)模式

將PROG引腳浮空，充電器即可進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)電池漏電流小于1μA，電源電流約為20μA。

應(yīng)用信息

欠壓充電電流限制（UVCL）

LTC4069 - 4.4具備欠壓充電電流限制功能，可防止在輸入電源電壓低于電池電壓約220mV時(shí)提供滿充電電流。這對(duì)于通過長(zhǎng)導(dǎo)線供電或輸出阻抗較高的電源尤為有用，能避免因輸入電壓波動(dòng)導(dǎo)致充電器關(guān)閉。

限流墻式適配器應(yīng)用

使用限流墻式適配器作為輸入電源時(shí)，與非限流電源相比，當(dāng)編程電流高于電源限制時(shí)，LTC4069 - 4.4的功耗顯著降低。例如，在為800mAh鋰離子電池提供600mA充電電流時(shí)，使用限流5V電源可將功率損耗降低82%。

USB和墻式適配器電源

LTC4069 - 4.4既支持USB端口充電，也支持墻式適配器充電。通過合理的電路設(shè)計(jì)，可將兩者的電源輸入結(jié)合起來，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的充電方式。

穩(wěn)定性考慮

• 恒壓環(huán)路：連接低阻抗導(dǎo)線的電池時(shí)，恒壓環(huán)路無需補(bǔ)償即可穩(wěn)定。但過長(zhǎng)的導(dǎo)線可能需要在BAT到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到GND之間連接一個(gè)4.7μF電容和0.2Ω - 1Ω的串聯(lián)電阻，以降低紋波電壓。
• 恒流模式：PROG引腳在反饋環(huán)路中，其電容會(huì)影響穩(wěn)定性。PROG引腳電容應(yīng)保持最小，若有額外電容CPROG，可使用公式[R{PROG } leq frac{1}{2 pi cdot 10^{5} cdot C{PROG }}] 計(jì)算RPROG的最大阻值。

功率損耗與熱管理

LTC4069 - 4.4的功率損耗可近似計(jì)算為[P{D}=left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T}] 。當(dāng)芯片結(jié)溫接近115°C時(shí)，熱反饋會(huì)自動(dòng)降低充電電流。通過公式[T{A}=115^{circ} C-left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T} cdot theta_{J A}] ，可估算熱反饋開始起作用的環(huán)境溫度。

電路板布局考慮

為了在各種條件下提供最大充電電流，LTC4069 - 4.4封裝背面的裸露金屬焊盤必須焊接到PCB銅層，并延伸到較大的銅區(qū)域或通過過孔連接到內(nèi)部銅層。正確焊接到12500 (mm^{2}) 的雙面1oz銅電路板上，熱阻約為60°C/W。

熱敏電阻應(yīng)用

LTC4069 - 4.4的NTC觸發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)適用于電阻 - 溫度特性符合Vishay Dale “R - T Curve 1”的熱敏電阻。通過調(diào)整RNOM的值，可以改變溫度觸發(fā)點(diǎn)。同時(shí)，還可以通過添加串聯(lián)電阻R1來擴(kuò)展冷熱觸發(fā)點(diǎn)之間的溫差。

相關(guān)產(chǎn)品對(duì)比

Linear Technology公司還提供了一系列其他的鋰電池充電器和電源管理產(chǎn)品，如LTC1734、LTC4002等。與這些產(chǎn)品相比，LTC4069 - 4.4在封裝尺寸、充電電流、浮動(dòng)電壓精度等方面具有不同的特點(diǎn)，工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總的來說，LTC4069 - 4.4是一款性能出色、功能豐富的單節(jié)鋰電池充電器，適用于各種便攜式設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要綜合考慮其特性、工作原理和應(yīng)用信息，以確保充電器的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似充電器的設(shè)計(jì)難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和問題。