深入解析LTC4126：低功耗無線單節鋰離子電池充電器

引言

在當今的電子設備中，無線充電技術和低功耗設計變得越來越重要。LTC4126作為一款低功耗無線單節鋰離子電池充電器，集成了降壓DC/DC調節器，為眾多應用提供了高效、可靠的電源解決方案。本文將詳細介紹LTC4126的特性、應用、工作原理以及設計要點，幫助電子工程師更好地了解和使用這款產品。

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產品概述

特性亮點

• 無線充電與高效轉換：LTC4126不僅具備無線鋰離子電池充電功能，還集成了高效的多模式電荷泵DC/DC轉換器。其寬帶接收頻率范圍從DC到>10MHz，能夠適應不同的無線充電環境。
• 靈活的充電參數設置：通過引腳可選擇4.2V或4.35V的充電電壓，固定充電電流為7.5mA，滿足不同電池的充電需求。同時，具備低電池斷開功能，當電池電壓低于3.0V時，自動斷開電池與負載的連接，保護電池。
• 溫度監控與安全保障：配備NTC引腳，可實現溫度合格充電，確保電池在安全的溫度范圍內充電。此外，還具備自動充電、安全定時器自動終止充電等功能，提高充電的安全性和可靠性。
• 低噪聲與小尺寸封裝：DC/DC調節器采用低噪聲多模式電荷泵，開關頻率設置為50kHz或75kHz，避免了可聽噪聲的產生。采用12引腳2mm×2mm LQFN封裝，尺寸小巧，適合對空間要求較高的應用。

應用領域

LTC4126適用于多種低功耗設備，如助聽器、低功耗鋰離子供電設備、無線耳機和物聯網可穿戴設備等。其小巧的尺寸和高效的性能，能夠滿足這些設備對電源的嚴格要求。

工作原理

AC電源控制器

LTC4126位于無線充電系統的接收端，通過連接到ACIN引腳的外部并聯諧振LC tank，從發射線圈產生的交變磁場中無線接收功率。整流和輸入功率控制電路對ACIN引腳的交流電壓進行整流，并將整流后的電壓調節到VCC引腳，使其低于VCC(HIGH)（典型值為5.5V）。此外，該芯片也可以通過直接連接DC電壓源到VCC引腳來供電，此時需將ACIN引腳接地。

電池充電器

LTC4126采用全功能的恒流（CC）/恒壓（CV）線性電池充電器，具備自動充電、安全定時器自動終止充電、壞電池檢測和溫度范圍外充電暫停等功能。充電電流固定為7.5mA，最終充電電壓可通過VSEL引腳選擇4.2V或4.35V。當VCC引腳電壓比BAT引腳電壓高80mV（典型值）時，充電器開始嘗試充電并啟動新的充電周期。在充電過程中，當VCC - BAT差分電壓高于154mV（典型值）時，充電器進入恒流模式，以7.5mA的額定電流充電；當BAT引腳接近最終充電電壓時，進入恒壓模式，充電電流逐漸下降。充電結束后，充電器停止工作，CHRG引腳的LED停止閃爍并變為下拉狀態。

DC/DC轉換器

LTC4126的DC/DC轉換器是一款專有的低噪聲多模式電荷泵，可通過向EN引腳施加最小1.1V的電壓或按下按鈕來開啟。轉換器可以與充電器同時工作，開關頻率根據工作模式設置為50kHz或75kHz，以避免開關噪聲進入音頻頻段。根據電池電壓的不同，轉換器有三種工作模式：

• 3:1降壓模式（Mode 1）：當VBAT > 3.6V時，轉換器工作在3:1降壓模式，提供穩定的1.2V輸出，最大輸出電流約為65mA。
• 3:1降壓模式（Mode 2）：當電池電壓在3.6V至3.3V之間時，轉換器仍工作在3:1降壓模式，但無法維持1.2V的調節，輸出電壓為電池電壓的三分之一（僅在無負載時）。
• 2:1降壓模式（Mode 3）：當電池電壓低于3.3V時，轉換器切換到2:1降壓模式，再次提供穩定的1.2V輸出，最大輸出電流隨電池電壓下降，但不低于約35mA。

設計要點

無線功率傳輸

在無線功率傳輸系統中，功率通過交變磁場傳輸。發射線圈中的交流電流產生磁場，接收線圈置于該磁場中時，會感應出交流電流。LTC4126內部的二極管對ACIN引腳的交流電壓進行整流。為了提高功率傳輸范圍，可以通過連接一個與發射線圈交流電流頻率相同的LC tank到ACIN引腳來實現共振。

發射器和接收器設計

在設計發射器和接收器時，需要選擇合適的組件，以確保系統的性能和效率。對于接收器，應選擇具有良好品質因數的接收線圈和低ESR、低熱系數的電容器；對于發射器，應選擇合適的MOSFET、振蕩器和電容器。同時，需要根據系統的要求設置驅動頻率和LC tank的參數，以實現最佳的功率傳輸效率。

溫度合格充電

為了使用電池溫度合格充電功能，需要在NTC引腳和GND之間連接一個NTC熱敏電阻，并在VCC引腳和NTC引腳之間連接一個偏置電阻。通過調整偏置電阻的阻值，可以設置熱/冷溫度閾值。如果需要獨立調整熱和冷閾值，可以引入另一個電阻作為第二個自由度。

PCB布局考慮

由于LTC4126封裝的暴露焊盤是唯一的接地引腳，并且是充電器和DC/DC轉換器的返回路徑，因此必須將其焊接到PCB接地層，以確保良好的電氣連接。為了實現最佳的熱性能，應在暴露焊盤下方設置一組過孔，直接連接到內部接地層。同時，接地層應盡可能靠近PCB的頂層，以減少寄生電感。

總結

LTC4126是一款功能強大、性能優越的低功耗無線單節鋰離子電池充電器。其集成的降壓DC/DC調節器、靈活的充電參數設置、溫度監控和安全保障等功能，使其成為眾多低功耗設備的理想選擇。在設計過程中，需要根據具體應用的要求，合理選擇組件、設置參數，并注意PCB布局，以確保系統的性能和可靠性。電子工程師在使用LTC4126時，應充分了解其工作原理和設計要點，以實現最佳的設計效果。你在實際應用中是否遇到過類似的無線充電設計問題？你是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。