LTC4068-4.2/LTC4068X-4.2：高效單節(jié)鋰離子電池充電器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電池充電器的性能直接影響著設(shè)備的使用體驗和壽命。今天我們就來深入探討一款優(yōu)秀的單節(jié)鋰離子電池充電器——LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2。

文件下載：LTC4068-4.2.pdf

產(chǎn)品概述

LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2是一款完整的恒流/恒壓線性充電器，專為單節(jié)鋰離子電池設(shè)計。它采用DFN封裝，外部元件數(shù)量少，非常適合便攜式應(yīng)用。而且，該充電器能夠在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便利性。

產(chǎn)品特性亮點

可編程充電電流

充電電流最高可達950mA，可通過連接一個1%的電阻 (R{PROG}) 到地來進行編程。計算公式為 (I{CHG}=frac{1000 V}{R_{PROG }})，方便工程師根據(jù)實際需求靈活設(shè)置充電電流。這種可編程性使得充電器能夠適應(yīng)不同容量和充電需求的電池，提高了產(chǎn)品的通用性。

集成度高

無需外部MOSFET、檢測電阻或阻塞二極管，內(nèi)部的MOSFET架構(gòu)簡化了電路設(shè)計，降低了成本和電路板空間。這對于追求小型化和低成本的便攜式設(shè)備設(shè)計來說是非常重要的優(yōu)勢。

熱調(diào)節(jié)功能

具備熱反饋機制，可在高功率操作或高環(huán)境溫度條件下調(diào)節(jié)充電電流，將芯片溫度限制在約120°C，避免過熱風險。這一功能不僅保護了充電器本身，還能確保電池在安全的溫度范圍內(nèi)充電，延長電池的使用壽命。

充電狀態(tài)指示

提供充電狀態(tài)輸出（CHRG）和“AC Present”輸出（ACPR），通過這兩個引腳的狀態(tài)，工程師可以方便地監(jiān)控充電器的工作狀態(tài)，及時了解電池的充電情況。

其他特性

• 預(yù)設(shè)4.2V充電電壓，精度為±1%，保證了電池充電的準確性。
• 具備充電電流監(jiān)測輸出，可用于電量計量，方便用戶實時了解電池的電量情況。
• 自動再充電功能，當電池電壓下降到一定程度時，充電器會自動啟動充電，確保電池始終保持在充滿或接近充滿的狀態(tài)。
• 軟啟動功能可限制浪涌電流，減少對電源的沖擊，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

引腳功能詳解

ITERM（引腳1）

用于設(shè)置充電終止電流閾值，通過連接一個1%的電阻 (R{TERM}) 到地來編程。計算公式為 (I{TERM }=frac{100 V}{R_{TERM }})。當充電電流下降到該閾值以下時，充電周期結(jié)束。

BAT（引腳2）

為電池提供充電電流，并將最終浮充電壓調(diào)節(jié)到4.2V。內(nèi)部精密電阻分壓器可設(shè)置浮充電壓，在關(guān)機模式下，該分壓器會斷開，以最小化電池的電流消耗。

CHRG（引腳3）

充電狀態(tài)開漏輸出。充電時，該引腳被內(nèi)部N溝道MOSFET拉低；充電周期完成后，引腳變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)。通過監(jiān)測該引腳的狀態(tài)，我們可以直觀地了解電池的充電情況。

GND（引腳4、9）

接地引腳，其中引腳9為暴露的背面封裝焊盤，必須焊接到PCB板上，以實現(xiàn)最大的熱傳遞，確保充電器在工作過程中能夠有效地散熱。

PROG（引腳5）

用于編程充電電流和監(jiān)測充電電流。充電電流通過連接一個1%的電阻 (R{PROG}) 到地來設(shè)置，在恒流模式下，該引腳的電壓會穩(wěn)定在1V。通過監(jiān)測該引腳的電壓，我們可以使用公式 (I{BAT}=frac{V{PROG }}{R{PROG }} cdot 1000) 計算出充電電流。

VCC（引腳6）

正輸入電源電壓引腳，為充電器提供電源。電壓范圍為4.25V至6.5V，該引腳應(yīng)至少使用一個1μF的電容進行旁路。當 (V_{CC}) 與BAT引腳電壓相差在100mV以內(nèi)時，充電器進入關(guān)機模式，電池放電電流降至小于2μA。

ACPR（引腳7）

電源狀態(tài)開漏輸出。當 (V{CC}) 高于欠壓鎖定閾值且比 (V{BAT}) 高至少100mV時，該引腳被拉低；否則，引腳為高阻抗狀態(tài)。通過該引腳的狀態(tài)，我們可以判斷充電器是否有足夠的電源來為電池充電。

EN（引腳8）

使能輸入引腳。邏輯高電平會使充電器進入關(guān)機模式，此時電池放電電流降至小于2μA，電源電流降至小于50μA；邏輯低電平或引腳浮空（通過內(nèi)部2MΩ下拉電阻拉低）可啟用充電功能。

工作模式解析

正常充電周期

當 (V_{CC}) 引腳電壓高于欠壓鎖定（UVLO）閾值，且PROG引腳連接一個1%的編程電阻到地時，充電周期開始。如果BAT引腳電壓低于2.9V（LTC4068），充電器進入涓流充電模式，以大約1/10的編程充電電流為電池充電，將電池電壓提升到安全水平。當BAT引腳電壓高于2.9V時，充電器進入恒流模式，提供編程的充電電流；當BAT引腳接近最終浮充電壓（4.2V）時，進入恒壓模式，充電電流開始下降；當充電電流下降到編程的終止閾值時，充電周期結(jié)束。

編程充電電流

通過將一個電阻從PROG引腳連接到地來編程充電電流。充電電流與PROG引腳電流的關(guān)系為1000倍，計算公式為 (I{CHG}=frac{1000 V}{R{PROG }})。同時，通過監(jiān)測PROG引腳電壓，我們可以實時計算出充電電流。

編程充電終止

充電周期在充電電流低于編程的終止閾值時結(jié)束。該閾值通過將外部電阻 (R{TERM}) 從ITERM引腳連接到地來設(shè)置，計算公式為 (I{TERM }=frac{100 V}{R{TERM }})。內(nèi)部濾波比較器會監(jiān)測ITERM引腳，當ITERM引腳電壓低于100mV的時間超過 (t{TERM}) （通常為1ms）時，充電終止。

自動再充電

充電周期終止后，充電器會持續(xù)監(jiān)測BAT引腳電壓。當電池電壓下降到4.1V以下時，充電器會自動啟動新的充電周期，確保電池始終保持在充滿或接近充滿的狀態(tài)。

應(yīng)用信息

穩(wěn)定性考慮

在恒壓模式下，只要電池連接到充電器輸出，反饋回路無需輸出電容即可保持穩(wěn)定。如果沒有電池，建議在BAT引腳添加輸出電容以減少紋波電壓。在使用高值、低ESR陶瓷電容時，建議串聯(lián)一個1Ω電阻；使用鉭電容時則無需串聯(lián)電阻。在恒流模式下，PROG引腳的阻抗會影響穩(wěn)定性，無額外電容時，程序電阻值高達20k時充電器仍能保持穩(wěn)定；添加電容會降低最大允許的程序電阻值，PROG引腳的極點頻率應(yīng)保持在100kHz以上。

功率耗散

LTC4068會在高功率條件下自動降低充電電流，因此無需為最壞情況的功率耗散進行設(shè)計。功率耗散主要由內(nèi)部MOSFET產(chǎn)生，計算公式為 (P{D}=left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T})。當結(jié)溫達到約120°C時，熱反饋會開始起作用，降低充電電流。

熱考慮

為了在所有條件下提供最大充電電流，必須將LTC4068封裝背面的暴露金屬焊盤焊接到PCB板接地。正確焊接到2500 (mm^{2}) 雙面1oz銅板上時，熱阻約為40°C/W；如果沒有良好的熱連接，熱阻會大大增加，從而影響充電電流的輸出。

USB和墻式適配器電源

LTC4068支持從墻式適配器和USB端口充電。通過合理的電路設(shè)計，可以實現(xiàn)兩種電源的切換和充電電流的調(diào)整。例如，當墻式適配器存在時，可以通過N溝道MOSFET和額外的程序電阻將充電電流增加到800mA。

反向極性輸入電壓保護

在某些應(yīng)用中，需要對 (V_{CC}) 上的反向極性電壓進行保護?？梢愿鶕?jù)具體情況選擇使用串聯(lián)阻塞二極管或P溝道MOSFET來實現(xiàn)低損耗的輸入反向極性保護。

典型應(yīng)用電路

全功能單節(jié)鋰離子充電器

該電路展示了LTC4068 - 4.2在標準單節(jié)鋰離子電池充電中的應(yīng)用，通過合理配置外部元件，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的充電功能。

具備反向極性輸入保護的鋰離子電池充電器

在該電路中，添加了反向極性保護措施，確保充電器在輸入電壓極性接反的情況下不會損壞，提高了系統(tǒng)的可靠性。

USB/墻式適配器電源鋰離子充電器

該電路實現(xiàn)了USB和墻式適配器電源的切換，滿足了不同電源場景下的充電需求，為用戶提供了更多的便利。

相關(guān)產(chǎn)品推薦

除了LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2，Linear Technology Corporation還提供了一系列相關(guān)的鋰離子電池充電器和控制器，如LTC1732、LTC1733、LTC4007等。這些產(chǎn)品各具特點，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行選擇。

LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2以其豐富的功能、高集成度和良好的性能，為單節(jié)鋰離子電池充電提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師可以根據(jù)具體需求，合理利用其特性，設(shè)計出高效、穩(wěn)定的充電電路。你在使用類似充電器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。