詳解 LTC4096/LTC4096X 雙輸入獨(dú)立鋰離子電池充電器

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電器是一個(gè)關(guān)鍵的組件。今天要介紹的 LTC4096/LTC4096X 雙輸入獨(dú)立鋰離子電池充電器，具備諸多出色特性，能滿足多種應(yīng)用需求。

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一、特性亮點(diǎn)

1. 多輸入充電

該充電器可從壁式適配器和 USB 輸入對(duì)單節(jié)鋰離子電池進(jìn)行充電，并且能自動(dòng)檢測(cè)輸入電源，其中直流輸入具有充電優(yōu)先級(jí)。這種雙輸入的設(shè)計(jì)，為設(shè)備充電提供了更多的靈活性。

2. 充電電流可編程

從壁式適配器輸入時(shí)，充電電流可編程高達(dá) 1.2A。同時(shí)，直流和 USB 充電電流可獨(dú)立編程，能根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和電池需求進(jìn)行靈活調(diào)整。

3. 高精度浮充電壓

預(yù)設(shè)的浮充電壓精度可達(dá) ±0.6%，確保電池充電時(shí)的電壓穩(wěn)定，有效保護(hù)電池壽命。

4. 熱調(diào)節(jié)功能

熱調(diào)節(jié)功能可在不產(chǎn)生過熱風(fēng)險(xiǎn)的情況下最大化充電速率。當(dāng)芯片溫度過高時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整充電電流，避免因過熱對(duì)設(shè)備造成損壞。

5. 其他實(shí)用特性

還具備充電狀態(tài)輸出、自動(dòng)再充電功能。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，充電器的靜態(tài)電流僅為 20μA，有效降低功耗。并且采用了熱增強(qiáng)型、薄型（0.75mm）10 引腳（3mm × 3mm）DFN 封裝，節(jié)省空間的同時(shí)，也有利于散熱。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

LTC4096/LTC4096X 適用于多種便攜式設(shè)備，如手機(jī)、MP3 播放器以及各種便攜式手持設(shè)備等。這些設(shè)備通常對(duì)電池充電的效率、安全性和穩(wěn)定性有較高要求，而該充電器正好能滿足這些需求。

三、工作原理

1. 電源選擇

充電器能夠自動(dòng)感應(yīng)每個(gè)輸入的電壓情況。若兩個(gè)電壓源都存在，且直流輸入（DCIN）有足夠的電壓，充電器將默認(rèn)選擇壁式適配器作為電源?！白銐虻碾妷骸毙铦M足兩個(gè)條件：一是電源電壓大于欠壓鎖定閾值；二是電源電壓比電池電壓高 30mV（上升時(shí)為 100mV 或 150mV，下降時(shí)為 30mV）。

2. 充電電流編程與監(jiān)測(cè)

通過將單個(gè)電阻從 IDC 引腳連接到地，可以對(duì)壁式適配器提供的充電電流進(jìn)行編程，公式為 (R{IDC}=frac{1000V}{I{CHRG(DC)}}) ，(I{CHRG(DC)}=frac{1000V}{R{IDC}}) 。同理，從 USB 電源的充電電流可通過將電阻從 IUSB 引腳連接到地進(jìn)行編程，公式為 (R{IUSB}=frac{1000V}{I{CHRG(USB)}}) ，(I{CHRG(USB)}=frac{1000V}{R{IUSB}}) 。通過監(jiān)測(cè) IDC 或 IUSB 引腳的電壓，可隨時(shí)確定從 BAT 引腳輸出的充電電流。

3. 充電終止編程

當(dāng)在恒壓模式下充電電流降至編程的終止閾值以下時(shí)，充電周期結(jié)束。該閾值通過將外部電阻 (R{ITERM}) 從 ITERM 引腳連接到地來設(shè)置，公式為 (R{ITERM}=frac{100V}{I{TERMINATE}}) ，(I{TERMINATE}=frac{100V}{R_{ITERM}}) 。內(nèi)部過濾比較器會(huì)監(jiān)測(cè) ITERM 引腳，當(dāng)該引腳電壓低于 100mV 且持續(xù)時(shí)間超過 tTERMINATE（通常為 3ms）時(shí)，充電周期終止。

4. 低電量充電調(diào)節(jié)（涓流充電）

LTC4096 具備涓流充電功能，當(dāng) BAT 引腳電壓低于 2.9V 時(shí)，充電器會(huì)以全充電電流的 1/10 為電池充電，直到 BAT 引腳電壓升至 2.9V 以上。不過，LTC4096X 沒有此功能。

5. 自動(dòng)再充電

在待機(jī)模式下，充電器會(huì)監(jiān)測(cè)電池電壓。當(dāng)電池電壓降至 4.15V 以下（約為電池容量的 80% - 90%）時(shí)，充電周期會(huì)自動(dòng)重啟，確保電池保持或接近充滿狀態(tài)。

6. 狀態(tài)指示

充電狀態(tài)輸出（CHRG）有下拉和高阻抗兩種狀態(tài)，下拉狀態(tài)表示充電器正在充電，充電周期結(jié)束或充電器禁用時(shí)，引腳變?yōu)楦咦杩埂ｋ娫创嬖谳敵觯≒WR）也有兩種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng) DCIN/USBIN 電壓和高阻抗，高阻抗?fàn)顟B(tài)表示 DCIN 或 USBIN 均無電壓，充電器無法為電池充電。

四、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. 手動(dòng)關(guān)機(jī)

SUSP 引腳有一個(gè) 3.4MΩ 的下拉電阻到地。邏輯低電平使能充電器，邏輯高電平禁用充電器。關(guān)機(jī)時(shí)，DCIN 輸入電流為 20μA，若 DCIN 無電源，USBIN 輸入電流為 20μA；若 (V{DCIN}>V{USBIN}) ，USBIN 輸入電流為 10μA。

2. 熱限制

內(nèi)部熱反饋回路會(huì)在芯片溫度超過約 115°C 時(shí)降低編程的充電電流，以保護(hù)芯片。若溫度超過約 150°C，安全熱關(guān)機(jī)電路會(huì)關(guān)閉充電器。

3. 穩(wěn)定性考慮

在恒壓模式下，只要電池連接到充電器輸出，反饋回路就是穩(wěn)定的。但建議在 BAT 引腳使用一個(gè) 4.7μF 電容和 1Ω 串聯(lián)電阻，以降低電池?cái)嚅_時(shí)的紋波電壓。在恒流模式下，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。

4. 功率耗散

設(shè)計(jì)電池充電器電路時(shí)，無需考慮最壞情況下的功率耗散，因?yàn)?LTC4096 會(huì)在高功率條件下自動(dòng)降低充電電流。功率耗散可通過公式 (P{D}=(V{IN}-V{BAT})cdot I{BAT}) 計(jì)算，其中 (V{IN}) 為輸入電源電壓，(V{BAT}) 為電池電壓，(I_{BAT}) 為充電電流。

5. 熱考慮

為了在所有條件下提供最大充電電流，必須將 LTC4096 封裝背面的暴露金屬焊盤正確焊接到 PCB 板的接地層。正確焊接到 (2500mm^{2}) 雙面 1oz 銅板時(shí)，熱阻約為 40°C/W。

6. 過壓瞬態(tài)保護(hù)

使用陶瓷電容對(duì) USBIN 引腳或壁式適配器輸入進(jìn)行旁路時(shí)要謹(jǐn)慎，因?yàn)?USB 或壁式適配器熱插拔時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生高壓瞬態(tài)。建議使用示波器檢查 USBIN 和 DCIN 引腳的電壓波形，確保過壓瞬態(tài)已得到充分消除。

7. 反極性輸入電壓保護(hù)

在某些應(yīng)用中，需要對(duì)輸入電源引腳的反極性電壓進(jìn)行保護(hù)。可根據(jù)情況使用串聯(lián)阻塞二極管或 P 溝道 MOSFET。

五、相關(guān)部件

文檔中還列出了一系列相關(guān)的電子部件，如 LTC3455、LTC4053 等，它們?cè)诠δ芎蛻?yīng)用上與 LTC4096/LTC4096X 有一定的關(guān)聯(lián)，工程師在設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

LTC4096/LTC4096X 雙輸入獨(dú)立鋰離子電池充電器憑借其豐富的特性和靈活的應(yīng)用方式，為電子設(shè)備的電池充電設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求和場(chǎng)景，合理運(yùn)用其各項(xiàng)功能，并注意相關(guān)的應(yīng)用注意事項(xiàng)，以確保充電器的性能和穩(wěn)定性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎交流分享。