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(jì)中，電池充電器的性能直接影響著設(shè)備的使用體驗(yàn)和壽命。今天我們就來(lái)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(jì)。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(diǎn)

可編程充電電流

充電電流最高可達(dá)950mA，可通過(guò)連接一個(gè)1%的電阻 (R{PROG}) 到地來(lái)進(jìn)行編程。計(jì)算公式為 (I{CHG}=frac{1000 V}{R_{PROG }})，方便工程師根據(jù)實(shí)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(wú)需外部MOSFET、檢測(cè)電阻或阻塞二極管，內(nèi)部的MOSFET架構(gòu)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和電路板空間。這對(duì)于追求小型化和低成本的便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是非常重要的優(yōu)勢(shì)。

熱調(diào)節(jié)功能

具備熱反饋機(jī)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(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)。這一功能不僅保護(hù)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(zhǎng)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(guò)這兩個(gè)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(shí)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(zhǔn)確性。
• 具備充電電流監(jiān)測(cè)輸出，可用于電量計(jì)量，方便用戶實(shí)時(shí)了解電池的電量情況。
• 自動(dòng)再充電功能，當(dāng)電池電壓下降到一定程度時(shí)，充電器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)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(dòng)功能可限制浪涌電流，減少對(duì)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(guò)連接一個(gè)1%的電阻 (R{TERM}) 到地來(lái)編程。計(jì)算公式為 (I{TERM }=frac{100 V}{R_{TERM }})。當(dāng)充電電流下降到該閾值以下時(shí)，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(jī)模式下，該分壓器會(huì)斷開(kāi)，以最小化電池的電流消耗。

CHRG（引腳3）

充電狀態(tài)開(kāi)漏輸出。充電時(shí)，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(fàn)顟B(tài)。通過(guò)監(jiān)測(cè)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(pán)，必須焊接到PCB板上，以實(shí)現(xiàn)最大的熱傳遞，確保充電器在工作過(guò)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(cè)充電電流。充電電流通過(guò)連接一個(gè)1%的電阻 (R{PROG}) 到地來(lái)設(shè)置，在恒流模式下，該引腳的電壓會(huì)穩(wěn)定在1V。通過(guò)監(jiān)測(cè)該引腳的電壓，我們可以使用公式 (I{BAT}=frac{V{PROG }}{R{PROG }} cdot 1000) 計(jì)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(gè)1μF的電容進(jìn)行旁路。當(dāng) (V_{CC}) 與BAT引腳電壓相差在100mV以內(nèi)時(shí)，充電器進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，電池放電電流降至小于2μA。

ACPR（引腳7）

電源狀態(tài)開(kāi)漏輸出。當(dāng) (V{CC}) 高于欠壓鎖定閾值且比 (V{BAT}) 高至少100mV時(shí)，該引腳被拉低；否則，引腳為高阻抗?fàn)顟B(tài)。通過(guò)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(lái)為電池充電。

EN（引腳8）

使能輸入引腳。邏輯高電平會(huì)使充電器進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)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(guò)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(dāng) (V_{CC}) 引腳電壓高于欠壓鎖定（UVLO）閾值，且PROG引腳連接一個(gè)1%的編程電阻到地時(shí)，充電周期開(kāi)始。如果BAT引腳電壓低于2.9V（LTC4068），充電器進(jìn)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(dāng)BAT引腳電壓高于2.9V時(shí)，充電器進(jìn)入恒流模式，提供編程的充電電流；當(dāng)BAT引腳接近最終浮充電壓（4.2V）時(shí)，進(jìn)入恒壓模式，充電電流開(kāi)始下降；當(dāng)充電電流下降到編程的終止閾值時(shí)，充電周期結(jié)束。

編程充電電流

通過(guò)將一個(gè)電阻從PROG引腳連接到地來(lái)編程充電電流。充電電流與PROG引腳電流的關(guān)系為1000倍，計(jì)算公式為 (I{CHG}=frac{1000 V}{R{PROG }})。同時(shí)，通過(guò)監(jiān)測(cè)PROG引腳電壓，我們可以實(shí)時(shí)計(jì)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(shí)結(jié)束。該閾值通過(guò)將外部電阻 (R{TERM}) 從ITERM引腳連接到地來(lái)設(shè)置，計(jì)算公式為 (I{TERM }=frac{100 V}{R{TERM }})。內(nèi)部濾波比較器會(huì)監(jiān)測(cè)ITERM引腳，當(dāng)ITERM引腳電壓低于100mV的時(shí)間超過(guò) (t{TERM}) （通常為1ms）時(shí)，充電終止。

自動(dòng)再充電

充電周期終止后，充電器會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)BAT引腳電壓。當(dāng)電池電壓下降到4.1V以下時(shí)，充電器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)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(wú)需輸出電容即可保持穩(wěn)定。如果沒(méi)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(shí)，建議串聯(lián)一個(gè)1Ω電阻；使用鉭電容時(shí)則無(wú)需串聯(lián)電阻。在恒流模式下，PROG引腳的阻抗會(huì)影響穩(wěn)定性，無(wú)額外電容時(shí)，程序電阻值高達(dá)20k時(shí)充電器仍能保持穩(wěn)定；添加電容會(huì)降低最大允許的程序電阻值，PROG引腳的極點(diǎn)頻率應(yīng)保持在100kHz以上。

功率耗散

LTC4068會(huì)在高功率條件下自動(dòng)降低充電電流，因此無(wú)需為最壞情況的功率耗散進(jìn)行設(shè)計(jì)。功率耗散主要由內(nèi)部MOSFET產(chǎn)生，計(jì)算公式為 (P{D}=left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T})。當(dāng)結(jié)溫達(dá)到約120°C時(shí)，熱反饋會(huì)開(kāi)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(pán)焊接到PCB板接地。正確焊接到2500 (mm^{2}) 雙面1oz銅板上時(shí)，熱阻約為40°C/W；如果沒(méi)有良好的熱連接，熱阻會(huì)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(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)兩種電源的切換和充電電流的調(diào)整。例如，當(dāng)墻式適配器存在時(shí)，可以通過(guò)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(hù)

在某些應(yīng)用中，需要對(duì) (V_{CC}) 上的反向極性電壓進(jìn)行保護(hù)?？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(lái)實(shí)現(xiàn)低損耗的輸入反向極性保護(hù)。

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(biāo)準(zhǔn)單節(jié)鋰離子電池充電中的應(yīng)用，通過(guò)合理配置外部元件，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充電功能。

具備反向極性輸入保護(hù)的鋰離子電池充電器

在該電路中，添加了反向極性保護(hù)措施，確保充電器在輸入電壓極性接反的情況下不會(huì)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(shí)現(xiàn)了USB和墻式適配器電源的切換，滿足了不同電源場(chǎng)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(diǎn)，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)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(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求，合理利用其特性，設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的充電電路。你在使用類似充電器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。