线性电池充电器LTC4059/LTC4059A：特性、应用与设计要点

在电子设备的设计中，电池充电器是一个关键的组成部分。今天，我们就来深入了解一下Linear Technology Corporation的LTC4059/LTC4059A线性锂离子电池充电器，看看它有哪些独特的特性和应用场景，以及设计过程中的一些要点。

文件下载：LTC4059.pdf

产品概述

LTC4059/LTC4059A是专为单节锂离子电池充电设计的恒流/恒压线性充电器。其2mm × 2mm DFN封装和极少的外部元件数量，使其特别适合便携式应用。而且，它们能够在USB电源规格范围内工作，为各种电子设备提供了便捷的充电解决方案。

主要特性

充电电流可编程

充电电流最高可达900mA，并且可以通过连接到PROG引脚的电阻进行编程。这使得用户可以根据具体的应用需求灵活调整充电电流，以满足不同电池的充电要求。

充电电流监测

具有充电电流监测输出，可用于充电终止判断。通过监测PROG引脚的电压，用户可以实时了解充电电流的大小，从而准确控制充电过程。

热调节功能

采用恒流/恒压操作，并具备热调节功能，能够在不产生过热风险的情况下最大化充电速率。当芯片温度接近预设值（约115°C）时，内部的热反馈机制会自动降低充电电流，保护芯片和外部元件。

其他特性

• LTC4059还具备恒流源模式，可用于为镍电池充电。
• LTC4059A的ACPR引脚可指示输入电源的存在。
• 无需外部MOSFET、检测电阻或阻塞二极管，简化了电路设计。
• 工作电源电压范围为3.75V至8V，可直接从USB端口为单节锂离子电池充电。
• 预设4.2V充电电压，精度为±0.6%。
• 关机模式下电源电流仅为10µA，降低了功耗。

应用场景

LTC4059/LTC4059A适用于多种便携式电子设备，如无线PDA、手机、便携式电子设备、无线耳机和数码相机等。其小巧的封装和低功耗特性，使其成为这些设备的理想充电解决方案。

工作原理

充电模式

当VCC引脚电压比BAT引脚电压高约150mV，并且PROG引脚连接到地的编程电阻，同时EN引脚拉低至关机阈值（通常为0.92V）以下时，充电周期开始。

• 恒流模式：如果BAT引脚电压低于4.2V，或者LTC4059的Li CC引脚被拉高，充电器将以编程电流为电池充电。
• 恒压模式：当BAT引脚接近最终浮充电压（4.2V）时，充电器进入恒压模式，充电电流开始减小。

热调节

内部的热调节功能通过TA放大器实现。当芯片温度超过约115°C时，TA放大器会通过R3提供电流，使CA放大器降低充电电流，直到PROG引脚电压加上R3上的电压等于1.21V。

设计要点

充电电流编程

充电电流通过连接在PROG引脚和地之间的单个电阻进行编程。计算公式为： [R{PROG }=1000 cdot frac{1.21 V}{I{CHG}}, I{CHG}=1000 cdot frac{1.21 V}{R{PROG }}] 为了保证温度和时间稳定性，建议使用1%的金属膜电阻。

欠压锁定（UVLO）

内部的欠压锁定电路会监测输入电压，当VCC比BAT引脚电压高约150mV时，充电器才会退出欠压锁定状态。欠压锁定电路具有115mV的迟滞。在欠压锁定期间，最大电池漏电流为4µA。

电源状态指示（ACPR，仅LTC4059A）

ACPR引脚有下拉和高阻抗两种状态。下拉状态表示VCC高于欠压锁定阈值，此时充电器可以正常充电；高阻抗状态表示无法为电池充电。

关机模式

将EN引脚拉高至关机阈值（约0.92V）以上，可终止充电过程。在关机模式下，电池漏电流小于1µA，电源电流为10µA。

电源选择

LTC4059/LTC4059A既可以通过USB端口充电，也可以使用墙式适配器。通过合理的电路设计，可以实现两者的组合使用。例如，使用P通道MOSFET防止墙式适配器存在时电流倒灌到USB端口，使用肖特基二极管防止USB电源通过下拉电阻流失。

功耗计算

LTC4059的功耗可以近似计算为： [P{D}=left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T}] 当芯片温度接近115°C时，热反馈会自动降低充电电流。可以通过以下公式计算热反馈开始起作用的环境温度： [T{A}=115^{circ} C-left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T} cdot theta_{J A}]

电路板布局

为了在各种条件下都能提供最大充电电流，必须将LTC4059/LTC4059A封装背面的裸露金属焊盘焊接到PCB的接地层。正确焊接到2500 (mm^{2})的双面1oz铜板上时，热阻约为60°C/W。如果没有良好的热接触，热阻会大幅增加，影响充电性能。

稳定性考虑

• 恒压环路：当电池通过低阻抗引线连接时，恒压环路无需补偿即可稳定。但过长的引线可能会引入串联电感，需要在BAT和GND之间添加至少1µF的旁路电容。当电池断开时，需要在BAT和GND之间连接一个4.7µF的电容和0.2Ω至1Ω的串联电阻，以降低纹波电压。
• 恒流模式：在恒流模式下，PROG引脚处于反馈环路中，因此该引脚的电容必须保持最小。PROG引脚的极点频率应保持在500kHz以上，以确保充电器的稳定性。

相关产品

Linear Technology Corporation还提供了一系列相关的电池充电器和管理芯片，如LTC1733、LTC1734、LTC1998等。这些产品各有特点，可以根据具体的应用需求进行选择。

总之，LTC4059/LTC4059A是一款性能出色的线性锂离子电池充电器，具有多种实用的特性和广泛的应用场景。在设计过程中，需要注意充电电流编程、欠压锁定、电源状态指示等要点，同时合理布局电路板，确保充电器的稳定性和性能。大家在实际应用中，是否遇到过类似充电器的设计难题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。