LTC4075/LTC4075X：雙輸入USB/AC適配器獨立鋰離子電池充電器詳解

在電子設備的設計中，電池充電管理是一個關鍵環節。今天我們要介紹的是Linear Technology公司的LTC4075/LTC4075X雙輸入USB/AC適配器獨立鋰離子電池充電器，它為單節鋰離子電池充電提供了高效、靈活的解決方案。

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產品特性

電源輸入與選擇

• 雙輸入支持：能夠從墻式適配器和USB輸入為單節鋰離子電池充電，具備自動輸入電源檢測和選擇功能。當兩個電源同時存在時，若DCIN輸入有足夠功率，默認選擇墻式適配器供電。
• 充電電流可編程：從墻式適配器輸入時，充電電流可編程高達950mA；從USB輸入時，最大充電電流可達650mA。

  電路設計優勢

• 無需外部元件：內部MOSFET架構使得充電時無需外部MOSFET、檢測電阻或阻塞二極管，簡化了電路設計。
• 熱調節功能：內部熱反饋可調節電池充電電流，在高功率操作或高環境溫度條件下保持恒定的芯片溫度，避免過熱風險，同時最大化充電速率。

  充電控制與狀態指示

• 精確的充電電壓：預設充電電壓精度為±0.6%，固定浮充電壓為4.2V。
• 可編程充電電流終止：通過連接外部電阻到ITERM引腳，可設置充電電流終止閾值。
• 狀態輸出：具有獨立的“電源存在”狀態輸出（PWR和USBPWR）和充電狀態輸出（CHRG），方便用戶了解充電狀態。

  低功耗設計

• 低待機電流：關機時USB待機電流僅18μA，DCIN輸入在關機時電流為20μA，USBIN輸入在關機且無DCIN供電時為18μA，當 (V{DCIN }>V{USBIN }) 時為10μA。

  封裝形式

  采用熱增強型、薄型（0.75mm）10引腳（3mm × 3mm）DFN封裝，便于在空間受限的應用中使用。

應用領域

LTC4075/LTC4075X適用于多種便攜式電子設備，如手機、手持電腦、便攜式MP3播放器和數碼相機等。

工作原理

電源源選擇

LTC4075會自動感應每個輸入的電壓。當兩個電源都存在時，若DCIN輸入滿足“足夠功率”條件（供應電壓大于UVLO閾值且比電池電壓高50mV，上升時為180mV，下降時為50mV），則默認選擇墻式適配器供電。通過PWR和USBPWR引腳的狀態輸出可指示所選電源。

充電電流編程與監測

• 墻式適配器充電電流：通過將一個電阻從IDC引腳連接到地來編程，計算公式為 (R{IDC}=frac{1000V}{I{CHRG - DC}}) ， (I{CHRG - DC}=frac{1000V}{R{IDC}}) 。
• USB充電電流：通過將一個電阻從IUSB引腳連接到地來編程，計算公式為 (R{IUSB}=frac{1000V}{I{CHRG - USB}}) ， (I{CHRG - USB}=frac{1000V}{R{IUSB}}) 。
• 監測充電電流：通過監測IDC或IUSB引腳電壓，可使用公式 (I{BAT}=frac{V{IDC}}{R{IDC}} cdot 1000) （墻式適配器充電）或 (I{BAT}=frac{V{IUSB}}{R{IUSB}} cdot 1000) （USB供電充電）確定BAT引腳的充電電流。

充電終止編程

當恒壓模式下充電電流降至編程的終止閾值以下時，充電周期終止。該閾值通過將外部電阻RITERM從ITERM引腳連接到地來設置，計算公式為 (R{ITERM}=frac{100V}{I{TERMINATE}}) ， (I{TERMINATE}=frac{100V}{R{ITERM}}) 。內部濾波比較器監測ITERM引腳，當ITERM引腳電壓低于100mV且持續時間超過tTERMINATE（典型值1.5ms）時，充電終止。

低電池充電調節（涓流充電）

LTC4075在BAT引腳電壓低于2.9V時，提供1/10的全充電電流給電池，直到BAT引腳電壓回升到2.9V以上。而LTC4075X不具備涓流充電功能，當BAT引腳電壓低于2.9V時直接輸出全充電電流。

自動充電

在待機模式下，充電器通過一個具有6ms濾波時間（tRECHRG）的比較器監測電池電壓。當電池電壓降至4.1V以下（約對應80%-90%電池容量）時，自動重啟充電周期，確保電池保持或接近充滿狀態。

手動關機

ENABLE引腳有一個2MΩ下拉電阻到地。當墻式適配器供電時，邏輯低電平使能充電器，邏輯高電平禁用；當USB輸入供電時，邏輯高電平使能充電器，邏輯低電平禁用。

充電電流軟啟動和軟停止

LTC4075包含軟啟動電路，在充電周期開始時，充電電流在250μs內從零線性上升到滿量程電流；在充電器關機或自動終止時，內部電路在約30μs內將充電電流從滿量程緩慢降至零，減少啟動和關閉時對電源的瞬態電流負載。

狀態指示

• 充電狀態輸出（CHRG）：下拉狀態表示LTC4075處于充電周期，充電周期終止或充電器禁用時，引腳狀態變為高阻抗，下拉狀態可吸收高達10mA電流。
• 電源供應狀態輸出（PWR）：下拉狀態表示DCIN或USBIN有電源，可驅動LED，無電源時引腳為高阻抗，下拉狀態可吸收高達10mA電流。
• USB電源狀態輸出（USBPWR）：高阻抗狀態表示LTC4075由USBIN輸入供電，下拉狀態表示充電器由DCIN供電或處于UVLO狀態，下拉狀態可吸收高達1mA電流。

熱限制

內部熱反饋回路在芯片溫度試圖超過預設值（約105°C）時，會降低編程的充電電流，保護LTC4075免受過溫影響，允許用戶在不損壞設備的情況下充分發揮電路板的功率處理能力。

應用信息

單充電電流編程電阻的使用

在墻式適配器充電電流和USB充電電流相同的應用中，可使用單個編程電阻設置兩個充電電流。

穩定性考慮

• 恒壓模式：連接電池到充電器輸出時，恒壓模式反饋回路無需補償即可穩定。建議在BAT引腳使用1μF電容和1Ω串聯電阻，以在電池斷開時保持低紋波電壓。
• 恒流模式：充電電流編程引腳（IDC或IUSB）處于反饋回路中，其穩定性受該引腳阻抗影響。無額外電容時，編程電阻值高達20k ((I_{CHRG}=50 ~mA)) 充電器仍穩定；增加電容會降低最大允許編程電阻值。

  功率耗散

  LTC4075在高功率條件下會自動降低充電電流，無需為最壞情況的功率耗散場景設計電路。功率耗散計算公式為 (P{D}=(V{IN}-V{BAT}) cdot I{BAT}) ，熱反饋開始保護IC的近似環境溫度為 (T{A}=105^{circ} C - P{D} cdot theta_{JA}) 。

  熱考慮

  為在所有條件下提供最大充電電流，需將LTC4075封裝背面的暴露金屬焊盤正確焊接到PCB板接地。正確焊接到 (2500 ~mm^{2}) 雙面1oz銅板時，熱阻約為40°C/W；若未建立良好的熱連接，熱阻會遠大于40°C/W。

  過壓瞬態保護

  使用陶瓷電容旁路USBIN引腳或墻式適配器輸入時需謹慎，熱插拔USB或墻式適配器時會產生高電壓瞬態。可在陶瓷電容串聯一個1Ω電阻以降低網絡的有效Q值，減少振鈴；也可使用鉭電容、OS-CON或電解電容代替陶瓷電容和電阻。必要時可添加6V瞬態抑制二極管或齊納二極管進一步保護。

  反極性輸入電壓保護

  在需要保護輸入電源引腳免受反極性電壓影響的應用中，若電源電壓足夠高，可使用串聯阻塞二極管；若需保持低電壓降，可使用P溝道MOSFET。

相關產品

Linear Technology還提供了一系列相關的電池充電管理產品，如LTC3455、LTC4053等，它們在不同的應用場景中各有優勢，可根據具體需求進行選擇。

LTC4075/LTC4075X以其豐富的功能、高效的充電管理和良好的熱性能，為單節鋰離子電池充電提供了可靠的解決方案。在實際應用中，工程師們可以根據具體需求合理選擇和使用該充電器，同時注意上述提到的各項設計要點，以確保系統的穩定性和可靠性。你在使用類似充電器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享。