鋰離子電池充電器LTC4062及其應(yīng)用

近年來(lái)，手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3等便攜式產(chǎn)品向體積小、厚度薄、重量輕方向發(fā)展，新產(chǎn)品推陳出新，產(chǎn)量也猛增。這些新產(chǎn)品中無(wú)不采用鋰離子(或聚合物)電池，因?yàn)樗軡M足小、薄、輕的要求，并且容量大，能延長(zhǎng)兩次充電的時(shí)間間隔。與此同時(shí)，各廠商也開(kāi)發(fā)出各種新型充電器，與產(chǎn)品進(jìn)行配套銷售。為爭(zhēng)奪充電器市場(chǎng)的份額，各導(dǎo)體廠商開(kāi)發(fā)許多性能優(yōu)良、設(shè)計(jì)靈活、應(yīng)用方便的充電器芯片，應(yīng)用到各種新型充電器當(dāng)中。

凌特公司推出的單節(jié)鋰離子電池充電器LTC4062應(yīng)用靈活，可滿足不同容量的鋰離子電池的需要，也能采用插頭式電源及USB端口進(jìn)行充電，為充電器設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)很好的選擇。

特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

LTC4062是一種充單節(jié)鋰離子電池的線性充電器，由LTC4062組成的充電器適用于筆記本電腦、手機(jī)、MP3播放器及數(shù)碼相機(jī)等。該充電器主要特點(diǎn)包括：可以用插頭式(AC/DC適配器)或USB端口供電；最大充電電流可達(dá)1A；預(yù)設(shè)浮充電壓為4.2V±0.35%；內(nèi)有用于監(jiān)控電池電壓的低功耗電壓比較器；有多種終止充電方式：可設(shè)置時(shí)間的定時(shí)器來(lái)控制終止充電；在充電電流小于設(shè)定的電流時(shí)終止充電；由用戶根據(jù)充電狀態(tài)指示來(lái)終止充電；完善的充電程序(算法)；在電壓低于2.9V時(shí)實(shí)現(xiàn)涓流充電；在電壓大于2.9V時(shí)實(shí)現(xiàn)大電流恒流充電；當(dāng)電池電壓接近4.2V時(shí)改為恒壓充電；有充電過(guò)程指示(LED亮表示充電、LED滅表示充電終止，LED閃亮表示電池未裝好或有故障)；有智能啟動(dòng)(Smart Start)，可延長(zhǎng)電池壽命；有關(guān)閉控制，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)耗電20μA(典型值)，電池耗電小于2μA；充電電流可設(shè)定；終止充電時(shí)的電流閾值可設(shè)定；內(nèi)部有自動(dòng)熱調(diào)節(jié)來(lái)控制最大的充電率，不會(huì)有過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)；無(wú)須外部電流檢測(cè)電阻及阻塞二極管；外圍元器件少；有設(shè)定全電流充電(大功率)及1/5電流充電(小功率)選擇以滿足不同充電電源及電池容量的需要；10管腳小尺寸DFN封裝(3mm×3mm)，高度0.75mm；工作溫度范圍為0℃～+85℃。

管腳排列及功能

LTC4062的管腳排列如圖1所示，各管腳功能如表1所示。

表1

圖1 LTC4062的管腳排列

圖2 OUT端的兩個(gè)輸出狀態(tài)

圖3 CHRG是內(nèi)部MOSFET開(kāi)漏輸出端

圖4 C/5是編程充電電流控制端

LTC4062的主要參數(shù)(VCC=5V、TA=25℃)典型值：輸入電源電壓范圍VCC為4.3～8V；在充電模式時(shí)，輸入電源電流ICC=240μA，備用模式時(shí)，ICC=130μA，關(guān)閉模式時(shí)，ICC=20μA；充電器調(diào)節(jié)后輸出電壓VFLOAT=4.2V  ±0.015V(TA=25℃)，VFLOAT=4.2V  ±0.025V(0℃<TA<85℃)；BAT端輸出的充電電流IBAT與RPROG有關(guān)，RPROG=10kΩ時(shí)，IBAT=100mA(恒流)，RPORG=1.2kΩ時(shí)，IBAT=800mA(恒流)；PROG端電壓VPROG=1V；OUT端輸出低電平電壓VOUT=0.1～0.16V；CHRG端輸出低電壓VCHRG=0.1V；涓流充電閾值電壓VTRIKL=2.9V；涓流充電電流ITRIKL為IBAT電源的1/10(當(dāng)VBAT<VTRIKL)；低壓鎖存電壓VUV=3.8V，終止充電閾值檢測(cè)電流IDET由用戶選擇RDET設(shè)定，RDET=1kΩ時(shí)，IDET=100mA；REDT=10kΩ時(shí)，IDET=10mA。

充電過(guò)程的幾點(diǎn)說(shuō)明

• 充電程序
  當(dāng)電池裝入充電器、上電后，充電器檢測(cè)電池的電壓VBAT，若VBAT<2.9V(VTRIKL)，以1/10設(shè)定的恒定充電電流IBAT作涓流充電；當(dāng)電池電壓升到3V時(shí)，涓流充電結(jié)束，以設(shè)定的IBAT恒流充電；當(dāng)電池電壓VBAT上升約到4.2V時(shí)，以恒壓4.2V充電，此時(shí)充電電流下降；當(dāng)電池充電電流降到終止充電閾值檢測(cè)電流IDET時(shí)，終止充電(檢測(cè)充電電流終止充電方式)。若充電電池的電壓VBAT>3V，則直接用IBAT恒流充電，無(wú)涓流充電階段。
  
• 三種終止充電方式
  充電器設(shè)計(jì)者可選擇用定時(shí)器定時(shí)間終止充龜，選擇充電電流下降到設(shè)定的IDET時(shí)終止充電，選擇由充電器使用者根據(jù)充電狀態(tài)指示終止充電。
  
  用定時(shí)器定時(shí)間終止充電時(shí)，TIMER端接一個(gè)CTIMER電容到GND。定時(shí)時(shí)間與CTIMER容量有關(guān)，其關(guān)系式為：
  
  定時(shí)時(shí)間(小時(shí))=3CTIMER(μF)/0.1μF
  若CTIMER=0.1μF，則定時(shí)時(shí)間為3小時(shí)。
  
  用在恒壓充電時(shí)，充電電流IBAT下降到設(shè)定閾值檢測(cè)電流IDET時(shí)，終止充電。選擇此方式時(shí)，需將TIMER端接地。
  
  選擇用戶終止充電是利用充電時(shí)LED亮，終止充電時(shí)LED滅的指示，由用戶來(lái)終止充電。選擇此方式時(shí)，TIMER端需接VCC端。
  
• 充電器充電狀態(tài)指示
  充電器充電狀態(tài)指示如圖5所示，在VIN端接一個(gè)發(fā)光二極管(LED)及限流電阻到CHRG端(其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3)。當(dāng)VBAT<2.9V時(shí)為涓流充電，CHRG輸出低電平，LED亮(表示充電開(kāi)始)；當(dāng)IBAT<IDET，CHRG端呈高阻抗，LED滅(表示充電終止)；若涓流充電時(shí)間超25%定時(shí)時(shí)間，則認(rèn)為電池有故障，內(nèi)部MOSFET按6Hz頻率通、斷，LED閃亮(表示電池有故障)。

圖5 CHRG外接LED的電路

•  智能啟動(dòng)及自動(dòng)再充電
  LTC4062上電或消除關(guān)閉模式時(shí)，若BAT端電壓低于4.1V，則充電器進(jìn)入充電模式進(jìn)行充電；若BAT端電壓高于4.1V時(shí)，進(jìn)入備用模式，充電器不再充電。這將減少不必要的充電循環(huán)，可延長(zhǎng)電池壽命。
  
  當(dāng)充電器在備用模式時(shí)，仍監(jiān)控BAT端的電壓，當(dāng)BAT一旦低于4.1V時(shí)，充電器自動(dòng)再啟動(dòng)，定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為原設(shè)定時(shí)間的50%(若選擇定時(shí)器終止充電)。在用戶終止充電方式中則無(wú)此功能。

典型應(yīng)用電路

• 定時(shí)器終止充電方式電路
  由定時(shí)器終止充電方式的電路如圖6所示。采用CTIMER=0.1μF，定時(shí)時(shí)間為3小時(shí)。恒流充電電流IBAT=1000V/RPROG=1000V/2kΩ=500mA。IDET=100V/RDET=100V/2kΩ=50mA。充電時(shí)LED亮，當(dāng)IBAT<IDET時(shí)，LED滅。到3小時(shí)定時(shí)時(shí)間充電結(jié)束。
  

圖6 由定時(shí)器終止充電方式的電路

圖6中，RPROG與RDET是兩個(gè)2kΩ電阻，也可采用一個(gè)1kΩ電阻(省去一個(gè)電阻)，如圖7所示。用一個(gè)1kΩ電阻時(shí)，IBAT=500V/RPROG，IDET=50V/RDET。

• 采用檢測(cè)電流方式終止充電電路
  采用檢測(cè)IBAT電流來(lái)終止充電電路如圖8所示。按圖的參數(shù)IBAT=807mA，IDET=80mA。R1=715kΩ，R2=347kΩ，則VBAT<3V時(shí)，OUT為高電平；VBAT>3V時(shí)，OUT為低電平(可參看圖2)。圖中C/5接VCC(高電平)，全電流充電，EN端懸空(內(nèi)部有下拉電阻)，充電器正常工作，要關(guān)閉時(shí)EN接高電平。TIMER端接地(采用檢測(cè)充電電流終止充電方式)。LED作充電狀態(tài)指示。

圖7 由定時(shí)器終止充電方式的電路

圖8 采用監(jiān)測(cè)電流方式終止充電電路

圖9 采用插頭式電源或USB端口作電源的充電電路

•  采用5V插頭式電源或USB端口作電源的充電電路。
  采用5V插頭式電源或USB端口作電源充電的電路如圖9所示。兩種電源都可使用，若兩種電源都接上，則5V插頭式電源優(yōu)先。5V插頭式電源使10kΩ電阻通電，VGS≈0V，P管截止，USB端口不再供電。肖特基二極管D為阻塞二極管，它防止USB供電時(shí)，不會(huì)使10kΩ電阻通過(guò)電流，并且減小二極管的正向壓降的損失。圖中TIMER接地，IBAT<IDET時(shí)終止充電。若USB端口不能提供400mA電流，可將C/5懸空或接地。

圖10 采用插頭式或USB電源時(shí)充電電流不同的電路

• 采用不同電源時(shí)充電電流不同的電路
  采用5V插頭式電源可提供800mA充電電流，但由于USB端口不能提供800mA電流，可采用圖10所示的電路，在USB端口供電時(shí)，充電電流減小到500mA。
  
  在用插頭式電源時(shí)，N管導(dǎo)通，RPROG=R1//R2，使RPROG值減小，IBAT=800mA用USB電源時(shí)，N管截止，RPROG=R2，IBAT=500mA。
  TIMER接VCC，由用戶終止充電。