LTC1731-8.2/LTC1731-8.4：鋰離子線性電池充電器控制器

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它關(guān)系到設(shè)備的性能、安全性和使用壽命。今天，我們要深入探討 Linear Technology 公司推出的 LTC1731-8.2/LTC1731-8.4 鋰離子線性電池充電器控制器，這款產(chǎn)品在電池充電領(lǐng)域具有諸多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品概述

LTC1731-8.2/LTC1731-8.4 是 Linear Technology 公司推出的用于 2 節(jié)鋰離子（Li - Ion）電池的完整恒流/恒壓線性充電器控制器。它也能通過(guò)外部終止方式對(duì)鎳鎘（NiCd）和鎳氫（NiMH）電池進(jìn)行恒流充電。該產(chǎn)品具有 1%的電壓精度，可實(shí)現(xiàn)精確的電池充電控制，同時(shí)具備可編程的充電電流、C/10 充電電流檢測(cè)輸出、可編程的充電終止定時(shí)器等功能。其采用節(jié)省空間的 8 引腳 MSOP 封裝，并且在移除輸入電源時(shí)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入睡眠模式，電池漏電流僅為 15μA，還能對(duì)低電壓電池進(jìn)行自動(dòng)涓流充電，也可編程為僅恒流模式。

二、產(chǎn)品特性

（一）高精度充電控制

• 電壓精度高：內(nèi)部電阻分壓器和精密基準(zhǔn)可將最終浮充電位設(shè)置為 1%的精度，輸出浮充電壓內(nèi)部設(shè)定為 8.2V（LTC1731 - 8.2）或 8.4V（LTC1731 - 8.4），能為電池提供精準(zhǔn)的充電電壓，延長(zhǎng)電池使用壽命。
• 電流精度有保障：外部檢測(cè)電阻可將充電電流設(shè)置為 7%的精度，確保充電電流的準(zhǔn)確性。

（二）多種充電模式

• 涓流充電：當(dāng)電池電壓低于 4.95V 時(shí)，充電器自動(dòng)進(jìn)入涓流充電模式，涓流充電電流為編程電流的 10%，可對(duì)深度放電的電池進(jìn)行安全充電。
• 恒流充電：當(dāng)電池電壓上升到 4.95V 以上，充電器進(jìn)入快速恒流充電模式，充電電流由 (R{SENSE}) 和 (R{PROG}) 共同設(shè)定。
• 恒壓充電：當(dāng)電池接近最終浮充電壓時(shí)，充電電流開始減小，進(jìn)入恒壓充電階段，保證電池充滿電。

（三）智能功能

• C/10 充電電流檢測(cè)：當(dāng)充電電流降至滿量程電流的 10%時(shí)，內(nèi)部比較器會(huì)關(guān)閉 CHRG 引腳的 N 溝道 MOSFET，并連接一個(gè)弱電流源到地，指示接近充電結(jié)束（C/10）狀態(tài)。
• 可編程充電終止定時(shí)器：通過(guò) TIMER 引腳的外部電容可設(shè)置總充電時(shí)間，超時(shí)后充電周期終止，CHRG 引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。
• 自動(dòng)睡眠模式：當(dāng)輸入電源移除時(shí)，充電器自動(dòng)進(jìn)入低電流睡眠模式，電池漏電流典型值為 15μA，大大降低了電池的自放電。

（四）封裝形式

提供 8 引腳 MSOP 和 SO 封裝，節(jié)省電路板空間，適合小型化設(shè)備的設(shè)計(jì)。

三、應(yīng)用場(chǎng)景

（一）消費(fèi)電子

• 手機(jī)：如智能手機(jī)、功能手機(jī)等，為其 2 節(jié)鋰離子電池提供安全、高效的充電解決方案，滿足用戶對(duì)手機(jī)續(xù)航和充電速度的需求。
• 手持電腦：包括平板電腦、掌上游戲機(jī)等設(shè)備，保證電池的快速、穩(wěn)定充電，提高設(shè)備的使用效率。

（二）充電設(shè)備

• 充電座和托架：可用于各種電子設(shè)備的充電座和托架中，實(shí)現(xiàn)對(duì) 2 節(jié)鋰離子電池的充電控制。
• 可編程電流源：可作為可編程電流源使用，為其他需要精確電流控制的設(shè)備提供電源。

四、電氣特性

（一）輸入輸出參數(shù)

• 輸入電源電壓（(V_{CC})）：范圍為 8.8V - 12V，在該電壓范圍內(nèi)，充電器能正常工作。
• 輸入電源電流（(I_{CC})）：充電開啟且處于電流模式時(shí)，典型值為 1mA，最大值為 3mA；關(guān)機(jī)模式下，典型值為 1mA，最大值為 2mA；睡眠模式下，電池漏電流典型值為 15μA，最大值為 30μA。
• 調(diào)節(jié)輸出電壓（(V_{BAT})）：LTC1731 - 8.2 在 9V ≤ (V_{CC}) ≤ 12V 時(shí)，輸出電壓范圍為 8.118V - 8.282V；LTC1731 - 8.4 在相同條件下，輸出電壓范圍為 8.316V - 8.484V。

（二）充電電流參數(shù)

• 電流模式充電電流（(I_{BAT})）：通過(guò)不同的 (R{PROG}) 和 (R{SENSE}) 組合可設(shè)置不同的充電電流，例如當(dāng) (R{PROG}=19.6k)，(R{SENSE}=0.2Ω) 時(shí)，充電電流典型值為 500mA。
• 涓流充電電流（(I_{TRIKL})）：當(dāng) (V{BAT}=4V)，(R{PROG}=19.6k) 時(shí)，涓流充電電流典型值為 50mA，范圍為 30mA - 100mA。

五、引腳功能

（一）BAT（引腳 1）

電池檢測(cè)輸入引腳，需要至少 10μF 的旁路電容，以在電池未連接時(shí)保持環(huán)路穩(wěn)定。內(nèi)部精密電阻分壓器設(shè)置該引腳上的最終浮充電位，睡眠模式下電阻分壓器斷開。

（二）CHRG（引腳 2）

開漏充電狀態(tài)輸出引腳。充電時(shí)，該引腳被內(nèi)部 N 溝道 MOSFET 拉低；當(dāng)充電電流降至滿量程電流的 10%并持續(xù)至少 0.32 秒時(shí)，N 溝道 MOSFET 關(guān)閉，連接一個(gè) 100pA 電流源到地；定時(shí)器超時(shí)或移除輸入電源時(shí)，電流源斷開，CHRG 引腳變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。

（三）TIMER（引腳 3）

定時(shí)器電容和恒壓模式禁用輸入引腳。連接到該引腳的電容 (C{TIMER}) 可設(shè)置 30 小時(shí)/μF 的充電終止時(shí)間。將該引腳連接到 (V{CC}) 可禁用恒壓模式和定時(shí)器，使 IC 僅工作在恒流模式；將該引腳短接到 GND 可禁用內(nèi)部定時(shí)器和 C/10 功能。

（四）GND（引腳 4）

接地引腳。

（五）PROG（引腳 5）

充電電流編程和關(guān)機(jī)輸入引腳。通過(guò)連接一個(gè)電阻 (R{PROG}) 到地來(lái)編程充電電流，充電電流計(jì)算公式為 (I{BAT}=(V{PROG} cdot 800Ω)/(R{PROG} cdot R_{SENSE}))。將該引腳浮空，內(nèi)部 2.5μA 電流源會(huì)將其拉高至 2.457V 以上的關(guān)機(jī)閾值電壓，使 IC 進(jìn)入關(guān)機(jī)模式。

（六）DRV（引腳 6）

用于 P 溝道 MOSFET 或 PNP 晶體管的驅(qū)動(dòng)輸出引腳。該引腳內(nèi)部鉗位在 (V_{CC}) 以下 6.5V，可使用柵源擊穿電壓額定為 8V 的低壓 P 溝道 MOSFET。

（七）(V_{CC})（引腳 7）

輸入電源電壓引腳，充電時(shí) (V{CC}) 范圍為 8.8V - 12V。當(dāng) (V{CC}) 降至 (V{BAT}+54mV) 以下（如移除輸入電源），IC 進(jìn)入睡眠模式，(I{CC}<30μA)。該引腳需用 1μF 電容旁路。

（八）SENSE（引腳 8）

電流檢測(cè)輸入引腳，連接到檢測(cè)電阻。檢測(cè)電阻值可通過(guò)公式 (R{SENSE}=(V{PROG} cdot 800Ω)/(R{PROG} cdot I{BAT})) 計(jì)算。

六、應(yīng)用信息

（一）充電器狀態(tài)判斷

充電器在以下任何條件存在時(shí)關(guān)閉：(V{CC}) 引腳電壓低于 8.2V、壓差（(V{CC}-V{BAT})）小于 54mV、PROG 引腳浮空或定時(shí)器結(jié)束。此時(shí) DRV 引腳被拉到 (V{CC})，內(nèi)部電阻分壓器斷開，以減少電池的電流消耗。

（二）欠壓鎖定（UVLO）

內(nèi)部欠壓鎖定電路監(jiān)控輸入電壓，當(dāng) (V{CC}) 低于 8.2V 時(shí)，充電器處于關(guān)機(jī)模式。為防止在 (V{CC}=8.2V) 附近振蕩，UVLO 電路具有內(nèi)置遲滯。

（三）涓流充電和電池故障檢測(cè)

充電開始時(shí)，若電池電壓低于 4.95V，充電器進(jìn)入涓流充電模式，充電電流降至滿量程電流的 10%。若低電池電壓持續(xù)總充電時(shí)間的四分之一，電池被認(rèn)為有故障，充電終止，CHRG 引腳輸出變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。

（四）關(guān)機(jī)操作

將 PROG 引腳浮空，內(nèi)部 2.5μA 電流源將其拉高至 2.457V 以上的關(guān)機(jī)閾值電壓，可使充電器進(jìn)入關(guān)機(jī)模式。此時(shí) DRV 引腳被拉高，關(guān)閉外部 P 溝道 MOSFET，內(nèi)部定時(shí)器復(fù)位。

（五）充電電流編程

電池充電電流公式為 (I{BAT}=(2.457V / R{PROG})(800Ω / R{SENSE}))，其中 (R{PROG}) 是從 PROG 引腳到地的總電阻。為保證溫度和時(shí)間穩(wěn)定性，建議使用 1%精度的電阻。

（六）定時(shí)器編程

可編程定時(shí)器用于終止充電，總充電時(shí)間公式為 (Time (Hours) =(3 Hours)(C{TIMER} / 0.1μF))。定時(shí)器在輸入電壓大于 8.2V 且編程電阻連接到地時(shí)開始計(jì)時(shí)，超時(shí)后 CHRG 輸出變?yōu)楦咦杩?，指示充電周期結(jié)束。將 TIMER 引腳連接到 (V{CC}) 可禁用定時(shí)器并使充電器進(jìn)入恒流模式；將 TIMER 引腳短接到 GND 可僅禁用定時(shí)器功能。

（七）CHRG 狀態(tài)輸出引腳

充電開始時(shí)，CHRG 引腳被內(nèi)部 N 溝道 MOSFET 拉低，可驅(qū)動(dòng) LED 指示充電狀態(tài)。當(dāng)充電電流降至滿量程電流的 10%（C/10）時(shí)，N 溝道 MOSFET 關(guān)閉，連接一個(gè) 100μA 電流源到地。定時(shí)器超時(shí)后，CHRG 引腳變?yōu)楦咦杩梗甘境潆娭芷诮Y(jié)束。通過(guò)使用兩個(gè)不同阻值的上拉電阻，微處理器可從該引腳檢測(cè)三種狀態(tài)：充電、C/10 和充電停止。

（八）充電結(jié)束（C/10）檢測(cè)

LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 包含一個(gè)比較器，用于監(jiān)控充電電流以檢測(cè)接近充電結(jié)束的狀態(tài)。該比較器不終止充電周期，但提供輸出信號(hào)指示接近充滿電狀態(tài)，充電周期由定時(shí)器終止。當(dāng)電池電流降至滿量程的 10%以下時(shí)，比較器觸發(fā)，關(guān)閉 CHRG 引腳的 N 溝道 MOSFET，并切換到 100μA 電流源到地。經(jīng)過(guò) 320ms 的內(nèi)部延時(shí)后，該狀態(tài)被鎖存，可防止因瞬態(tài)電流導(dǎo)致的誤觸發(fā)。涓流充電模式下，充電結(jié)束比較器禁用。

（九）柵極驅(qū)動(dòng)

通常，LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 驅(qū)動(dòng)外部 P 溝道 MOSFET 為電池供電，DRV 引腳內(nèi)部鉗位在 (V_{CC}) 以下 6.5V，允許使用柵源擊穿電壓額定為 8V 的低壓 P 溝道 MOSFET。也可使用外部 PNP 晶體管作為傳輸晶體管，但由于電流放大器（CA）的低電流增益，需要高增益的達(dá)林頓 PNP 晶體管以避免過(guò)大的充電電流誤差。

（十）僅恒流模式

將 TIMER 引腳連接到 (V_{CC})，LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 可作為可編程電流源使用，特別適用于對(duì) NiMH 或 NiCd 電池充電。在僅恒流模式下，定時(shí)器和電壓放大器均被禁用，需要外部終止方法來(lái)正確終止充電。

（十一）穩(wěn)定性

當(dāng)使用 P 溝道 MOSFET 作為傳輸晶體管時(shí)，充電器無(wú)需任何補(bǔ)償即可穩(wěn)定工作。但建議在 BAT 引腳使用 10μF 電容，以在電池?cái)嚅_時(shí)保持低紋波電壓。若使用陶瓷輸出電容，由于多層陶瓷電容的低 ESR 和高 Q 特性，可能需要串聯(lián)一個(gè) 1Ω 電阻以提高電壓模式穩(wěn)定性。當(dāng)選擇 PNP 晶體管作為傳輸晶體管時(shí)，需要從 DRV 引腳到 (V_{CC}) 連接一個(gè) 1000pF 電容以穩(wěn)定電壓環(huán)路，同時(shí)在電池未連接時(shí)，BAT 引腳也建議使用 10μF 電容。

七、總結(jié)

LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 是一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的鋰離子線性電池充電器控制器，具有高精度的充電控制、多種充電模式、智能功能和豐富的引腳功能，適用于多種消費(fèi)電子和充電設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求合理選擇充電參數(shù)和外部元件，以實(shí)現(xiàn)最佳的充電效果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意充電器的穩(wěn)定性和電池的安全性，確保產(chǎn)品的可靠性。大家在使用這款控制器時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。