LT3650-8.2/LT3650-8.4：高壓2A雙節(jié)鋰離子電池充電器的卓越之選

在電子設備飛速發(fā)展的今天，電池充電器的性能直接影響著設備的使用體驗和壽命。今天，我們就來深入了解一款高性能的雙節(jié)鋰離子電池充電器——LT3650-8.2/LT3650-8.4。

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一、產(chǎn)品概述

LT3650是一款完整的單芯片、中功率鋰離子電池充電器，專為高輸入電壓應用而設計，僅需極少的外部組件。它采用1MHz恒定頻率、平均電流模式降壓架構(gòu)，內(nèi)置一個由自舉電源驅(qū)動的2A開關(guān)，可在充電周期內(nèi)實現(xiàn)高效率。輸入電壓范圍為9V至32V，能滿足多種應用場景的需求。

二、核心特性剖析

（一）電壓范圍與電流控制

• 寬輸入電壓范圍：支持9V至32V的輸入電壓（絕對最大40V），啟動電壓最低為11.5V，適用于多種電源環(huán)境。
• 可編程充電電流：最大充電電流可通過外部電感電流檢測電阻進行編程，最高可達2A，滿足不同電池的充電需求。
• 輸入電流限制：具備系統(tǒng)輸入電源電流限制控制功能，可根據(jù)系統(tǒng)負載需求自動調(diào)整電池充電電流，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（二）充電終止與管理

• 終止方式可選：支持C/10充電電流終止和內(nèi)置終止定時器兩種方式。C/10終止方式在充電電流降至編程最大電流的十分之一時結(jié)束充電；定時器終止方式可通過連接電容到TIMER引腳來設置充電周期時間，典型值為3小時。
• 自動充電與預處理：當電池電壓降至浮動電壓的97.5%時，自動重啟充電；當電池電壓低于浮動電壓的70%時，自動進入預處理模式，以較低電流對電池進行涓流充電。
• 壞電池檢測：具備壞電池檢測功能，若電池在預處理模式下超過設定時間仍未達到預處理閾值電壓，將觸發(fā)系統(tǒng)故障，暫停充電，并通過FAULT引腳發(fā)出信號。

（三）其他特性

• 高精度控制：浮動電壓精度達0.5%，充電電流精度達5%，C/10檢測精度達2.5%，確保電池充電的準確性和安全性。
• 溫度監(jiān)測：通過連接NTC熱敏電阻到NTC引腳，可實時監(jiān)測電池溫度。當電池溫度超出安全充電范圍（0°C至40°C）時，暫停充電，并通過CHRG和FAULT引腳發(fā)出信號。
• 軟啟動功能：RNG/SS引腳支持軟啟動功能，可通過連接電容實現(xiàn)充電電流從0線性上升至編程值，減少充電時的電流沖擊。

三、關(guān)鍵參數(shù)解讀

（一）絕對最大額定值

了解器件的絕對最大額定值對于確保其安全可靠運行至關(guān)重要。LT3650的VIN最大為40V，其他引腳也有相應的電壓和電流限制，如SHDN、CHRG、FAULT引腳電壓最大為VIN + 0.5V等。在設計時，務必確保各引腳的電壓和電流不超過這些限制值，以免造成器件損壞。

（二）電氣特性

• 輸入電壓與電流：VIN工作范圍為9V至32V，啟動電壓為11.5V；在不同工作模式下，輸入電源電流有所不同，如CC/CV模式、待機模式和關(guān)機模式等。
• 電池相關(guān)參數(shù)：LT3650-8.2的電池浮動電壓典型值為8.2V，LT3650-8.4為8.4V；電池預處理閾值電壓分別為5.65V和5.80V等。
• 開關(guān)與驅(qū)動參數(shù)：開關(guān)導通電壓降典型值為350mV，開關(guān)電流限制為2.5A；BOOST引腳的電源電流和開關(guān)驅(qū)動電流等也有明確的參數(shù)規(guī)定。

四、引腳功能詳解

（一）VIN（引腳1）

充電器輸入電源引腳，工作范圍為9V至32V，啟動時需VIN ≥ 11.5V或 (VBOOST - VSW) > 2V。充電終止后，VIN引腳電流降至85μA。

（二）CLP（引腳2）

系統(tǒng)電流限制輸入引腳。通過將輸入電源連接到CLP引腳，并在CLP引腳與VIN引腳之間連接一個檢測電阻，可監(jiān)測系統(tǒng)電流。當VCLP - VIN = 50mV時，系統(tǒng)負載達到最大值。若不需要此功能，可將CLP引腳連接到VIN引腳。

（三）SHDN（引腳3）

精密閾值關(guān)機引腳。使能閾值為1.225V（上升沿），具有120mV的輸入遲滯。當引腳電壓低于0.4V時，IC進入低電流關(guān)機模式，VIN引腳電流降至15μA。若不需要關(guān)機功能，可將該引腳連接到VIN引腳。

（四）CHRG（引腳4）

集電極開路充電器狀態(tài)輸出引腳，通常通過電阻上拉到參考電壓。在電池充電周期中，該引腳被拉低；充電周期結(jié)束后，引腳變?yōu)楦咦杩?。當使用?nèi)部定時器終止充電時，引腳在充電周期內(nèi)保持低電平，直到充電電流降至C/10以下。

（五）FAULT（引腳5）

集電極開路故障狀態(tài)輸出引腳，同樣通過電阻上拉到參考電壓。該引腳用于指示充電周期中的故障條件，如溫度故障或壞電池故障。正常情況下，引腳保持高阻抗。

（六）TIMER（引腳6）

充電周期結(jié)束定時器編程引腳。若需要基于定時器的充電終止方式，可將電容連接到該引腳與地之間。通過設置電容值，可編程充電周期結(jié)束時間。若不需要定時器功能，將該引腳連接到地即可，此時充電將在充電電流降至C/10以下時終止。

（七）RNG/SS（引腳7）

充電電流編程引腳，支持動態(tài)調(diào)整最大充電電流和軟啟動功能。通過設置該引腳上的電壓，可調(diào)整最大充電電流；連接電容到該引腳與地之間，可實現(xiàn)軟啟動。在故障條件下，該引腳被拉低，便于故障恢復。

（八）NTC（引腳8）

電池溫度監(jiān)測引腳。通過連接10kΩ、B = 3380的NTC熱敏電阻到該引腳與地之間，可監(jiān)測電池溫度。當引腳電壓高于1.36V（T < 0°C）或低于0.29V（T > 40°C）時，充電暫停，并通過CHRG和FAULT引腳發(fā)出信號。

（九）BAT（引腳9）

電池電壓監(jiān)測引腳。需連接10μF去耦電容到該引腳與地之間。當BAT引腳電壓降至浮動電壓的97.5%以下時，自動重啟充電。充電周期結(jié)束后，該引腳的輸入偏置電流降至 < 0.1μA，以減少電池放電。

（十）SENSE（引腳10）

充電電流檢測引腳。將電感檢測電阻的正極連接到該引腳，負極連接到BAT引腳。檢測電阻上的電壓決定平均充電電流，最大平均充電電流對應檢測電阻上的100mV電壓降。充電周期結(jié)束后，該引腳的輸入偏置電流降至 < 0.1μA。

（十一）BOOST（引腳11）

開關(guān)驅(qū)動的自舉電源引腳。連接1μF或更大的電容到該引腳與SW引腳之間，工作范圍為0V至8.5V（相對于SW引腳）。通過整流二極管刷新去耦電容上的電壓。

（十二）SW（引腳12）

開關(guān)輸出引腳，對應開關(guān)晶體管的發(fā)射極。開關(guān)導通時，將SW引腳短路到VIN電源。通過BOOST引腳提供的自舉電源，可使開關(guān)晶體管飽和，提高充電效率。

（十三）SGND（引腳13）

接地參考和背面暴露引線框架的熱連接引腳。需將暴露的引線框架焊接到PCB接地平面，以提高散熱性能。

五、應用設計要點

（一）輸入電源與電容選擇

• VIN輸入電源：LT3650直接從VIN引腳獲取偏置電源，因此建議使用高質(zhì)量、低ESR的去耦電容，以減少VIN引腳上的電壓毛刺。去耦電容CIN需能夠吸收充電器中的所有輸入開關(guān)紋波電流，其RMS紋波電流可通過公式計算，在VIN = 2 ? VBAT時達到最大值。此外，還需根據(jù)所需的輸入紋波電壓選擇合適的大容量電容。
• BOOST電源：BOOST引腳的自舉電源用于驅(qū)動內(nèi)部開關(guān)，需連接1μF或更大的電容到SW引腳。通過二極管刷新電容上的電壓，二極管的平均電流額定值應大于0.1A，反向電壓應大于VIN(MAX)。

（二）輸出去耦與元件選擇

• VBAT輸出去耦：充電器輸出需在BAT引腳與地之間連接旁路電容，一般應用中需使用10μF陶瓷電容。在電池可從充電器輸出斷開的系統(tǒng)中，可能需要額外的旁路電容，以指示無電池狀態(tài)或滿足系統(tǒng)負載需求。
• RSENSE充電電流編程：通過選擇合適的電感檢測電阻RSENSE，可設置最大充電電流。最大充電電流對應檢測電阻上的100mV電壓降，例如2A充電器可使用0.05Ω的檢測電阻。
• 電感選擇：電感值的選擇主要考慮電感中的紋波電流?？筛鶕?jù)所需的紋波電流、VBAT和VIN(MAX)等參數(shù)計算電感值，通常紋波電流設置在IMAX的25%至35%之間。同時，電感的飽和電流額定值應大于或等于(1 + ΔIMAX / 2) ? IMAX，RMS額定值應大于IMAX。
• 整流二極管選擇：整流二極管用于在主電源開關(guān)關(guān)閉時為電感電流提供通路，應選擇肖特基二極管，以降低正向電壓，減少功率損耗。二極管的反向電壓額定值應大于最大VIN電壓，平均電流額定值可根據(jù)公式計算。

（三）系統(tǒng)電流限制與動態(tài)調(diào)整

• CLP系統(tǒng)電流限制：LT3650具備PowerPath控制功能，可根據(jù)系統(tǒng)負載調(diào)整輸出電流。通過選擇合適的檢測電阻RCLP，可設置最大輸入電源電流。當總體輸入電源電流超過編程最大值時，充電器會自動調(diào)整輸出電流。
• RNG/SS動態(tài)充電電流調(diào)整：通過RNG/SS引腳可動態(tài)調(diào)整最大充電電流。該引腳上的電壓對應檢測電阻上最大電壓的10倍，默認最大檢測電壓為100mV。通過連接電阻到地，可設置電流控制電壓，從而調(diào)整最大充電電流。此外，該引腳還支持軟啟動功能，通過連接電容到地，可實現(xiàn)充電電流的線性上升。

（四）狀態(tài)引腳與終止方式

• 狀態(tài)引腳：CHRG和FAULT引腳為集電極開路輸出，用于報告充電器狀態(tài)。CHRG引腳指示充電器是否以大于C/10的速率輸出電流，F(xiàn)AULT引腳指示壞電池和NTC故障。根據(jù)這兩個引腳的狀態(tài)組合，可判斷充電器的工作狀態(tài)。
• C/10終止：將TIMER引腳接地，可啟用C/10終止方式。當充電電流降至編程最大電流的十分之一時，充電結(jié)束，充電器進入待機模式。
• 定時器終止：連接電容到TIMER引腳與地之間，可啟用定時器終止方式。定時器周期結(jié)束時間可根據(jù)電容值進行編程，典型值為3小時。在定時器終止方式下，充電器會繼續(xù)對電池進行涓流充電，直到定時器周期結(jié)束。

（五）預處理、溫度監(jiān)測與熱保護

• 預處理與壞電池檢測：當BAT引腳電壓低于預處理閾值時，充電器進入預處理模式，充電電流限制為編程IMAX的15%。當使用內(nèi)部定時器終止充電時，若電池在預處理模式下超過設定時間仍未達到預處理閾值電壓，將觸發(fā)壞電池故障，暫停充電，并通過FAULT引腳發(fā)出信號。
• 電池溫度監(jiān)測：通過連接NTC熱敏電阻到NTC引腳與地之間，可監(jiān)測電池溫度。當電池溫度超出安全充電范圍時，充電暫停，定時器計數(shù)也會暫停。當溫度恢復正常后，充電繼續(xù)。
• 熱保護：LT3650具備熱折返保護功能，當IC結(jié)溫接近125°C時，會降低最大充電器輸出電流，以避免過熱損壞。

（六）布局注意事項

• 減少噪聲干擾：為了減少高頻噪聲，應盡量縮短開關(guān)節(jié)點（Pin SW）的走線長度，并將輸入電容靠近IC放置。BOOST去耦電容也應靠近IC，以減少電感振鈴。同時，建議將SENSE和BAT走線一起布線，并盡量縮短長度，可使用接地屏蔽來隔離開關(guān)噪聲。
• 隔離高電流路徑：高電流路徑和瞬態(tài)信號應與電池接地隔離，以確保輸出電壓參考的準確性。通過合理的元件布局和方向設計，可有效引導高電流，避免電池參考受到干擾。
• 散熱設計：LT3650的封裝背面有暴露的焊盤，應將其焊接到PCB上的銅箔區(qū)域，以提高散熱性能。銅箔區(qū)域應盡量大，以降低IC外殼到環(huán)境空氣的熱阻。

六、典型應用案例

（一）12V至32V 2A充電器（C/10終止）

該應用采用C/10終止方式，使用雙LT6004提供熱折返功能，當溫度高于35°C時，可降低最大充電電流，保護電池和充電器。

（二）12V至32V 2A充電器（三小時EOC終止，可移除電池組）

該應用采用三小時EOC終止方式，可移除電池組。當12V < VIN < 20V時，通過RNG/SS引腳降低最大充電電流；輸入UVLO為10V，NTC溫度范圍擴展到+45°C。充電器在無電池連接時，可提供高達最大充電電流的負載。

（三）12V至32V 1.5A PowerPath充電器（C/10終止，1A輸入電源限制）

該應用采用C/10終止方式，輸入電源限制為1A，通過狀態(tài)引腳使用LED指示燈，可直觀顯示充電器的工作狀態(tài)。

七、總結(jié)與展望

LT3650-8.2/LT3650-8.4以其寬輸入電壓范圍、高精度控制、靈活的充電終止方式和豐富的保護功能，為雙節(jié)鋰離子電池充電提供了高性能的解決方案。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇元件參數(shù)，注意布局設計，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，相信類似的高性能充電器將會在更多領(lǐng)域得到廣泛應用，為電子設備的發(fā)展提供有力支持。

各位工程師朋友們，你們在使用類似充電器時遇到過哪些問題？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你們的經(jīng)驗和見解。