LTC1731-8.2/LTC1731-8.4：鋰離子線性電池充電器控制器

在電子設備的設計中，電池充電器的設計至關重要，它關系到設備的性能、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，這款產品在電池充電領域具有諸多獨特的優勢。

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一、產品概述

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

二、產品特性

（一）高精度充電控制

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

（二）多種充電模式

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

（三）智能功能

• C/10 充電電流檢測：當充電電流降至滿量程電流的 10%時，內部比較器會關閉 CHRG 引腳的 N 溝道 MOSFET，并連接一個弱電流源到地，指示接近充電結束（C/10）狀態。
• 可編程充電終止定時器：通過 TIMER 引腳的外部電容可設置總充電時間，超時后充電周期終止，CHRG 引腳變為高阻抗狀態。
• 自動睡眠模式：當輸入電源移除時，充電器自動進入低電流睡眠模式，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，節省電路板空間，適合小型化設備的設計。

三、應用場景

（一）消費電子

• 手機：如智能手機、功能手機等，為其 2 節鋰離子電池提供安全、高效的充電解決方案，滿足用戶對手機續航和充電速度的需求。
• 手持電腦：包括平板電腦、掌上游戲機等設備，保證電池的快速、穩定充電，提高設備的使用效率。

（二）充電設備

• 充電座和托架：可用于各種電子設備的充電座和托架中，實現對 2 節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備提供電源。

四、電氣特性

（一）輸入輸出參數

• 輸入電源電壓（(V_{CC})）：范圍為 8.8V - 12V，在該電壓范圍內，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，典型值為 1mA，最大值為 3mA；關機模式下，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。
• 調節輸出電壓（(V_{BAT})）：LTC1731 - 8.2 在 9V ≤ (V_{CC}) ≤ 12V 時，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

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

電池檢測輸入引腳，需要至少 10μF 的旁路電容，以在電池未連接時保持環路穩定。內部精密電阻分壓器設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）

開漏充電狀態輸出引腳。充電時，該引腳被內部 N 溝道 MOSFET 拉低；當充電電流降至滿量程電流的 10%并持續至少 0.32 秒時，N 溝道 MOSFET 關閉，連接一個 100pA 電流源到地；定時器超時或移除輸入電源時，電流源斷開，CHRG 引腳變為高阻抗狀態。

（三）TIMER（引腳 3）

定時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}) 可設置 30 小時/μF 的充電終止時間。將該引腳連接到 (V{CC}) 可禁用恒壓模式和定時器，使 IC 僅工作在恒流模式；將該引腳短接到 GND 可禁用內部定時器和 C/10 功能。

（四）GND（引腳 4）

接地引腳。

（五）PROG（引腳 5）

充電電流編程和關機輸入引腳。通過連接一個電阻 (R{PROG}) 到地來編程充電電流，充電電流計算公式為 (I{BAT}=(V{PROG} cdot 800Ω)/(R{PROG} cdot R_{SENSE}))。將該引腳浮空，內部 2.5μA 電流源會將其拉高至 2.457V 以上的關機閾值電壓，使 IC 進入關機模式。

（六）DRV（引腳 6）

用于 P 溝道 MOSFET 或 PNP 晶體管的驅動輸出引腳。該引腳內部鉗位在 (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 (V{CC}) 范圍為 8.8V - 12V。當 (V{CC}) 降至 (V{BAT}+54mV) 以下（如移除輸入電源），IC 進入睡眠模式，(I{CC}<30μA)。該引腳需用 1μF 電容旁路。

（八）SENSE（引腳 8）

電流檢測輸入引腳，連接到檢測電阻。檢測電阻值可通過公式 (R{SENSE}=(V{PROG} cdot 800Ω)/(R{PROG} cdot I{BAT})) 計算。

六、應用信息

（一）充電器狀態判斷

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

（二）欠壓鎖定（UVLO）

內部欠壓鎖定電路監控輸入電壓，當 (V{CC}) 低于 8.2V 時，充電器處于關機模式。為防止在 (V{CC}=8.2V) 附近振蕩，UVLO 電路具有內置遲滯。

（三）涓流充電和電池故障檢測

充電開始時，若電池電壓低于 4.95V，充電器進入涓流充電模式，充電電流降至滿量程電流的 10%。若低電池電壓持續總充電時間的四分之一，電池被認為有故障，充電終止，CHRG 引腳輸出變為高阻抗狀態。

（四）關機操作

將 PROG 引腳浮空，內部 2.5μA 電流源將其拉高至 2.457V 以上的關機閾值電壓，可使充電器進入關機模式。此時 DRV 引腳被拉高，關閉外部 P 溝道 MOSFET，內部定時器復位。

（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。為保證溫度和時間穩定性，建議使用 1%精度的電阻。

（六）定時器編程

可編程定時器用于終止充電，總充電時間公式為 (Time (Hours) =(3 Hours)(C{TIMER} / 0.1μF))。定時器在輸入電壓大于 8.2V 且編程電阻連接到地時開始計時，超時后 CHRG 輸出變為高阻抗，指示充電周期結束。將 TIMER 引腳連接到 (V{CC}) 可禁用定時器并使充電器進入恒流模式；將 TIMER 引腳短接到 GND 可僅禁用定時器功能。

（七）CHRG 狀態輸出引腳

充電開始時，CHRG 引腳被內部 N 溝道 MOSFET 拉低，可驅動 LED 指示充電狀態。當充電電流降至滿量程電流的 10%（C/10）時，N 溝道 MOSFET 關閉，連接一個 100μA 電流源到地。定時器超時后，CHRG 引腳變為高阻抗，指示充電周期結束。通過使用兩個不同阻值的上拉電阻，微處理器可從該引腳檢測三種狀態：充電、C/10 和充電停止。

（八）充電結束（C/10）檢測

LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 包含一個比較器，用于監控充電電流以檢測接近充電結束的狀態。該比較器不終止充電周期，但提供輸出信號指示接近充滿電狀態，充電周期由定時器終止。當電池電流降至滿量程的 10%以下時，比較器觸發，關閉 CHRG 引腳的 N 溝道 MOSFET，并切換到 100μA 電流源到地。經過 320ms 的內部延時后，該狀態被鎖存，可防止因瞬態電流導致的誤觸發。涓流充電模式下，充電結束比較器禁用。

（九）柵極驅動

通常，LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 驅動外部 P 溝道 MOSFET 為電池供電，DRV 引腳內部鉗位在 (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，需要高增益的達林頓 PNP 晶體管以避免過大的充電電流誤差。

（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 NiMH 或 NiCd 電池充電。在僅恒流模式下，定時器和電壓放大器均被禁用，需要外部終止方法來正確終止充電。

（十一）穩定性

當使用 P 溝道 MOSFET 作為傳輸晶體管時，充電器無需任何補償即可穩定工作。但建議在 BAT 引腳使用 10μF 電容，以在電池斷開時保持低紋波電壓。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，可能需要串聯一個 1Ω 電阻以提高電壓模式穩定性。當選擇 PNP 晶體管作為傳輸晶體管時，需要從 DRV 引腳到 (V_{CC}) 連接一個 1000pF 電容以穩定電壓環路，同時在電池未連接時，BAT 引腳也建議使用 10μF 電容。

七、總結

LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 是一款功能強大、性能穩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，適用于多種消費電子和充電設備。在實際應用中，工程師可以根據具體需求合理選擇充電參數和外部元件，以實現最佳的充電效果。同時，在設計過程中要注意充電器的穩定性和電池的安全性，確保產品的可靠性。大家在使用這款控制器時，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。