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LTC4059專為縮短充電時(shí)間而設(shè)計(jì)的解決方案

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:David Kim ? 2023-03-20 11:13 ? 次閱讀

手機(jī)、MP3 播放器和其他便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)高性能線性鋰離子電池充電器可能很困難。最重要的設(shè)計(jì)問題是如何將充電器擠壓到不斷縮小的電路板上,同時(shí)管理充電過程固有產(chǎn)生的熱量。典型的解決方案是將最大充電電流降低到次優(yōu)值,以避免過熱,從而增加充電時(shí)間。

LTC4059 專為縮短充電時(shí)間而設(shè)計(jì),即使在將充電器壓縮到最小的空間時(shí)也是如此。LTC?4059 是一款 2mm × 2mm DFN 封裝恒定電流 / 恒定電壓鋰離子線性充電器,具有一個(gè)內(nèi)置的 900mA MOSFET、準(zhǔn)確的充電電流監(jiān)視器輸出和熱調(diào)節(jié)控制。該器件的熱調(diào)節(jié)與大多數(shù)充電器中的熱關(guān)斷不同,而且要好得多。熱反饋控制允許設(shè)計(jì)人員最大化充電電流,從而縮短充電時(shí)間,而不會(huì)有損壞 LTC4059 或任何其他組件的風(fēng)險(xiǎn)。圖 1 顯示了一個(gè)典型應(yīng)用。

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圖1.簡單小巧的鋰離子電池充電器提供熱調(diào)節(jié),可縮短充電時(shí)間。

圖 2 示出了一款完整的 2.5mm × 2.7mm 充電電路,其中包括 LTC4059 和兩個(gè)無源元件。內(nèi)部 MOSFET 架構(gòu)無需阻塞二極管或外部檢測電阻

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圖2.充電器不會(huì)小于此(2.5 毫米× 2.7 毫米)。

除了其極小的尺寸外,LTC4059 還包括用于最新蜂窩電話、無線耳機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、無線 PDA 和 MP3 播放器的其他重要功能。關(guān)斷模式下的電源電流非常低 — 輸入電源為 10μA,當(dāng)輸入電源被移除時(shí),電池電流低于 1μA。它還具有直接從USB端口為單節(jié)鋰離子電池充電的能力。

恒流/恒壓/恒溫

LTC4059采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu),以恒定電流、恒定電壓或恒定溫度的方式為電池充電。在典型的操作中,要給單電池鋰離子電池充電,用戶必須向VCC引腳施加至少4.5V的輸入電壓,以及從PROG連接到GND的1%電阻器(使用公式RPROG=1000?1.21V/ICHG)和0.92V下的EN引腳。當(dāng)所有三個(gè)條件都滿足時(shí),充電循環(huán)以恒流模式開始,其中輸送到電池的電流等于1210V/RPROG。

如果 LTC4059 的功耗和/或高環(huán)境溫度導(dǎo)致器件結(jié)溫上升到接近 115°C,則該器件將進(jìn)入恒溫模式,LTC4059 的熱反饋環(huán)路將充電電流減小以將管芯溫度調(diào)節(jié)至約 115 °C。 此功能允許用戶根據(jù)典型工作條件對充電電流進(jìn)行編程,并且無需其他線性充電器所需的復(fù)雜熱過度設(shè)計(jì)。通常,熱反饋環(huán)路條件是暫時(shí)的,因?yàn)殡姵仉妷弘S充電而升高(導(dǎo)致MOSFET兩端的功耗降低),但在確定充電電流和IC溫度的最大允許值時(shí),這是必須考慮的最壞情況。

一旦管芯溫度降至 115 °C 以下,LTC4059 將直接從恒溫模式返回到恒定電流模式。當(dāng)電池電壓接近4.2V浮動(dòng)電壓時(shí),該器件進(jìn)入恒壓模式。在恒定電壓模式下,LTC4059 開始減小充電電流,以保持 BAT 引腳上的恒定電壓,而不是從 BAT 引腳流出的恒定電流(圖 3)。

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圖3.完整的充電周期(800mAh 電池)。

無論模式如何,PROG引腳上的電壓都與輸送到電池的電流成正比。在恒流模式下,PROG引腳電壓始終為1.21V,指示編程充電電流從BAT引腳流出。在恒溫模式或恒壓模式下,BAT引腳電流減小。任何給定充電周期的充電電流都可以通過使用公式I測量PROG引腳電壓來確定CHRG= 1000 ? (1.21V/R進(jìn)度).

利用電池電壓和PROG引腳電壓信息,用戶可以確定適當(dāng)?shù)某潆娊K止電流水平(通常為滿量程編程充電電流的10%)。一旦達(dá)到所需的充電電流水平,用戶只需將EN引腳上拉至1.2V以上即可終止充電周期。

電路板布局

將裸露金屬正確焊接在 LTC4059 封裝的背面對于最大限度地降低熱阻至關(guān)重要。在 4059mm 上正確焊接 LTC25002雙面 1oz 銅板的熱阻應(yīng)約為 60°C/W.當(dāng) LTC4059 未正確焊接 (或沒有足夠的銅) 時(shí),熱阻會(huì)上升,從而導(dǎo)致 LTC4059 更頻繁地進(jìn)入恒溫模式,從而導(dǎo)致充電時(shí)間更長。例如,正確焊接的 LTC4059 可在室溫下采用 900V 電源向電池提供超過 5mA 的電流。如果沒有背面熱連接,這個(gè)數(shù)字可能會(huì)下降到500mA以下。

Li|CC, ACPR

該器件有兩種版本,具體取決于電池化學(xué)的需要。LTC4059 具有一個(gè) Li|CC 引腳,當(dāng)上拉至 0.92V 以上時(shí)禁用恒壓操作。在此模式下,LTC4059 轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)能夠?yàn)殒嚮瘜W(xué)電池充電的精準(zhǔn)電流源。在LTC4059A中,Li|CC 引腳由 ACPR 引腳取代,ACPR 引腳通過漏極開路輸出監(jiān)視輸入電壓的狀態(tài)。當(dāng) V抄送大于3V且高于BAT引腳電壓150mV時(shí),ACPR引腳將拉至地;其他方面,引腳被強(qiáng)制進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。

結(jié)合墻上適配器和 USB 電源

圖 4 顯示了組合墻上適配器和 USB 電源輸入的示例。在該電路中,MP1用于防止在存在墻上適配器時(shí)反向傳導(dǎo)到USB端口,D1用于防止USB通過1K下拉電阻丟失功率。當(dāng)USB端口用作輸入時(shí),2.43k電阻器將充電電流設(shè)置為500mA,當(dāng)存在墻上適配器時(shí),MN1和3.4k電阻器用于將充電電流增加到850mA。

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圖4.結(jié)合了墻上適配器和 USB 電源輸入的充電器。

結(jié)論

LTC?4059 是業(yè)界尺寸最小的單節(jié)鋰離子電池充電器,能夠提供高達(dá) 900mA 的充電電流。LTC4059 的熱調(diào)節(jié)功能允許設(shè)計(jì)人員最大限度地利用充電電流并縮短充電時(shí)間,而不會(huì)有損壞電路的風(fēng)險(xiǎn)。小電路尺寸、熱保護(hù)、低電源電流和低外部組件數(shù)量使得 LTC4059 成為小型便攜式和 USB 器件的理想解決方案。

審核編輯:郭婷

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