LTC4075/LTC4075X：雙輸入USB/AC適配器獨(dú)立鋰離子電池充電器詳解

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電管理是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天我們要介紹的是Linear Technology公司的LTC4075/LTC4075X雙輸入U(xiǎn)SB/AC適配器獨(dú)立鋰離子電池充電器，它為單節(jié)鋰離子電池充電提供了高效、靈活的解決方案。

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產(chǎn)品特性

電源輸入與選擇

• 雙輸入支持：能夠從墻式適配器和USB輸入為單節(jié)鋰離子電池充電，具備自動(dòng)輸入電源檢測(cè)和選擇功能。當(dāng)兩個(gè)電源同時(shí)存在時(shí)，若DCIN輸入有足夠功率，默認(rèn)選擇墻式適配器供電。
• 充電電流可編程：從墻式適配器輸入時(shí)，充電電流可編程高達(dá)950mA；從USB輸入時(shí)，最大充電電流可達(dá)650mA。

  電路設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

• 無(wú)需外部元件：內(nèi)部MOSFET架構(gòu)使得充電時(shí)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)。
• 熱調(diào)節(jié)功能：內(nèi)部熱反饋可調(diào)節(jié)電池充電電流，在高功率操作或高環(huán)境溫度條件下保持恒定的芯片溫度，避免過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)最大化充電速率。

  充電控制與狀態(tài)指示

• 精確的充電電壓：預(yù)設(shè)充電電壓精度為±0.6%，固定浮充電壓為4.2V。
• 可編程充電電流終止：通過(guò)連接外部電阻到ITERM引腳，可設(shè)置充電電流終止閾值。
• 狀態(tài)輸出：具有獨(dú)立的“電源存在”狀態(tài)輸出（PWR和USBPWR）和充電狀態(tài)輸出（CHRG），方便用戶(hù)了解充電狀態(tài)。

  低功耗設(shè)計(jì)

• 低待機(jī)電流：關(guān)機(jī)時(shí)USB待機(jī)電流僅18μA，DCIN輸入在關(guān)機(jī)時(shí)電流為20μA，USBIN輸入在關(guān)機(jī)且無(wú)DCIN供電時(shí)為18μA，當(dāng) (V{DCIN }>V{USBIN }) 時(shí)為10μA。

  封裝形式

  采用熱增強(qiáng)型、薄型（0.75mm）10引腳（3mm × 3mm）DFN封裝，便于在空間受限的應(yīng)用中使用。

應(yīng)用領(lǐng)域

LTC4075/LTC4075X適用于多種便攜式電子設(shè)備，如手機(jī)、手持電腦、便攜式MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)等。

工作原理

電源源選擇

LTC4075會(huì)自動(dòng)感應(yīng)每個(gè)輸入的電壓。當(dāng)兩個(gè)電源都存在時(shí)，若DCIN輸入滿足“足夠功率”條件（供應(yīng)電壓大于UVLO閾值且比電池電壓高50mV，上升時(shí)為180mV，下降時(shí)為50mV），則默認(rèn)選擇墻式適配器供電。通過(guò)PWR和USBPWR引腳的狀態(tài)輸出可指示所選電源。

充電電流編程與監(jiān)測(cè)

• 墻式適配器充電電流：通過(guò)將一個(gè)電阻從IDC引腳連接到地來(lái)編程，計(jì)算公式為 (R{IDC}=frac{1000V}{I{CHRG - DC}}) ， (I{CHRG - DC}=frac{1000V}{R{IDC}}) 。
• USB充電電流：通過(guò)將一個(gè)電阻從IUSB引腳連接到地來(lái)編程，計(jì)算公式為 (R{IUSB}=frac{1000V}{I{CHRG - USB}}) ， (I{CHRG - USB}=frac{1000V}{R{IUSB}}) 。
• 監(jiān)測(cè)充電電流：通過(guò)監(jiān)測(cè)IDC或IUSB引腳電壓，可使用公式 (I{BAT}=frac{V{IDC}}{R{IDC}} cdot 1000) （墻式適配器充電）或 (I{BAT}=frac{V{IUSB}}{R{IUSB}} cdot 1000) （USB供電充電）確定BAT引腳的充電電流。

充電終止編程

當(dāng)恒壓模式下充電電流降至編程的終止閾值以下時(shí)，充電周期終止。該閾值通過(guò)將外部電阻RITERM從ITERM引腳連接到地來(lái)設(shè)置，計(jì)算公式為 (R{ITERM}=frac{100V}{I{TERMINATE}}) ， (I{TERMINATE}=frac{100V}{R{ITERM}}) 。內(nèi)部濾波比較器監(jiān)測(cè)ITERM引腳，當(dāng)ITERM引腳電壓低于100mV且持續(xù)時(shí)間超過(guò)tTERMINATE（典型值1.5ms）時(shí)，充電終止。

低電池充電調(diào)節(jié)（涓流充電）

LTC4075在BAT引腳電壓低于2.9V時(shí)，提供1/10的全充電電流給電池，直到BAT引腳電壓回升到2.9V以上。而LTC4075X不具備涓流充電功能，當(dāng)BAT引腳電壓低于2.9V時(shí)直接輸出全充電電流。

自動(dòng)充電

在待機(jī)模式下，充電器通過(guò)一個(gè)具有6ms濾波時(shí)間（tRECHRG）的比較器監(jiān)測(cè)電池電壓。當(dāng)電池電壓降至4.1V以下（約對(duì)應(yīng)80%-90%電池容量）時(shí)，自動(dòng)重啟充電周期，確保電池保持或接近充滿狀態(tài)。

手動(dòng)關(guān)機(jī)

ENABLE引腳有一個(gè)2MΩ下拉電阻到地。當(dāng)墻式適配器供電時(shí)，邏輯低電平使能充電器，邏輯高電平禁用；當(dāng)USB輸入供電時(shí)，邏輯高電平使能充電器，邏輯低電平禁用。

充電電流軟啟動(dòng)和軟停止

LTC4075包含軟啟動(dòng)電路，在充電周期開(kāi)始時(shí)，充電電流在250μs內(nèi)從零線性上升到滿量程電流；在充電器關(guān)機(jī)或自動(dòng)終止時(shí)，內(nèi)部電路在約30μs內(nèi)將充電電流從滿量程緩慢降至零，減少啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)對(duì)電源的瞬態(tài)電流負(fù)載。

狀態(tài)指示

• 充電狀態(tài)輸出（CHRG）：下拉狀態(tài)表示LTC4075處于充電周期，充電周期終止或充電器禁用時(shí)，引腳狀態(tài)變?yōu)楦咦杩?，下拉狀態(tài)可吸收高達(dá)10mA電流。
• 電源供應(yīng)狀態(tài)輸出（PWR）：下拉狀態(tài)表示DCIN或USBIN有電源，可驅(qū)動(dòng)LED，無(wú)電源時(shí)引腳為高阻抗，下拉狀態(tài)可吸收高達(dá)10mA電流。
• USB電源狀態(tài)輸出（USBPWR）：高阻抗?fàn)顟B(tài)表示LTC4075由USBIN輸入供電，下拉狀態(tài)表示充電器由DCIN供電或處于UVLO狀態(tài)，下拉狀態(tài)可吸收高達(dá)1mA電流。

熱限制

內(nèi)部熱反饋回路在芯片溫度試圖超過(guò)預(yù)設(shè)值（約105°C）時(shí)，會(huì)降低編程的充電電流，保護(hù)LTC4075免受過(guò)溫影響，允許用戶(hù)在不損壞設(shè)備的情況下充分發(fā)揮電路板的功率處理能力。

應(yīng)用信息

單充電電流編程電阻的使用

在墻式適配器充電電流和USB充電電流相同的應(yīng)用中，可使用單個(gè)編程電阻設(shè)置兩個(gè)充電電流。

穩(wěn)定性考慮

• 恒壓模式：連接電池到充電器輸出時(shí)，恒壓模式反饋回路無(wú)需補(bǔ)償即可穩(wěn)定。建議在BAT引腳使用1μF電容和1Ω串聯(lián)電阻，以在電池?cái)嚅_(kāi)時(shí)保持低紋波電壓。
• 恒流模式：充電電流編程引腳（IDC或IUSB）處于反饋回路中，其穩(wěn)定性受該引腳阻抗影響。無(wú)額外電容時(shí)，編程電阻值高達(dá)20k ((I_{CHRG}=50 ~mA)) 充電器仍穩(wěn)定；增加電容會(huì)降低最大允許編程電阻值。

  功率耗散

  LTC4075在高功率條件下會(huì)自動(dòng)降低充電電流，無(wú)需為最壞情況的功率耗散場(chǎng)景設(shè)計(jì)電路。功率耗散計(jì)算公式為 (P{D}=(V{IN}-V{BAT}) cdot I{BAT}) ，熱反饋開(kāi)始保護(hù)IC的近似環(huán)境溫度為 (T{A}=105^{circ} C - P{D} cdot theta_{JA}) 。

  熱考慮

  為在所有條件下提供最大充電電流，需將LTC4075封裝背面的暴露金屬焊盤(pán)正確焊接到PCB板接地。正確焊接到 (2500 ~mm^{2}) 雙面1oz銅板時(shí)，熱阻約為40°C/W；若未建立良好的熱連接，熱阻會(huì)遠(yuǎn)大于40°C/W。

  過(guò)壓瞬態(tài)保護(hù)

  使用陶瓷電容旁路USBIN引腳或墻式適配器輸入時(shí)需謹(jǐn)慎，熱插拔USB或墻式適配器時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓瞬態(tài)?？稍谔沾呻娙荽?lián)一個(gè)1Ω電阻以降低網(wǎng)絡(luò)的有效Q值，減少振鈴；也可使用鉭電容、OS-CON或電解電容代替陶瓷電容和電阻。必要時(shí)可添加6V瞬態(tài)抑制二極管或齊納二極管進(jìn)一步保護(hù)。

  反極性輸入電壓保護(hù)

  在需要保護(hù)輸入電源引腳免受反極性電壓影響的應(yīng)用中，若電源電壓足夠高，可使用串聯(lián)阻塞二極管；若需保持低電壓降，可使用P溝道MOSFET。

相關(guān)產(chǎn)品

Linear Technology還提供了一系列相關(guān)的電池充電管理產(chǎn)品，如LTC3455、LTC4053等，它們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中各有優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

LTC4075/LTC4075X以其豐富的功能、高效的充電管理和良好的熱性能，為單節(jié)鋰離子電池充電提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用該充電器，同時(shí)注意上述提到的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類(lèi)似充電器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。