LTC4068-4.2/LTC4068X-4.2：高效单节锂离子电池充电器的卓越之选

在电子设备的设计中，电池充电器的性能直接影响着设备的使用体验和寿命。今天我们就来深入探讨一款优秀的单节锂离子电池充电器——LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2。

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产品概述

LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2是一款完整的恒流/恒压线性充电器，专为单节锂离子电池设计。它采用DFN封装，外部元件数量少，非常适合便携式应用。而且，该充电器能够在USB电源规格范围内工作，为设备的充电提供了更多的便利性。

产品特性亮点

可编程充电电流

充电电流最高可达950mA，可通过连接一个1%的电阻 (R{PROG}) 到地来进行编程。计算公式为 (I{CHG}=frac{1000 V}{R_{PROG }})，方便工程师根据实际需求灵活设置充电电流。这种可编程性使得充电器能够适应不同容量和充电需求的电池，提高了产品的通用性。

集成度高

无需外部MOSFET、检测电阻或阻塞二极管，内部的MOSFET架构简化了电路设计，降低了成本和电路板空间。这对于追求小型化和低成本的便携式设备设计来说是非常重要的优势。

热调节功能

具备热反馈机制，可在高功率操作或高环境温度条件下调节充电电流，将芯片温度限制在约120°C，避免过热风险。这一功能不仅保护了充电器本身，还能确保电池在安全的温度范围内充电，延长电池的使用寿命。

充电状态指示

提供充电状态输出（CHRG）和“AC Present”输出（ACPR），通过这两个引脚的状态，工程师可以方便地监控充电器的工作状态，及时了解电池的充电情况。

其他特性

• 预设4.2V充电电压，精度为±1%，保证了电池充电的准确性。
• 具备充电电流监测输出，可用于电量计量，方便用户实时了解电池的电量情况。
• 自动再充电功能，当电池电压下降到一定程度时，充电器会自动启动充电，确保电池始终保持在充满或接近充满的状态。
• 软启动功能可限制浪涌电流，减少对电源的冲击，提高了系统的稳定性。

引脚功能详解

ITERM（引脚1）

用于设置充电终止电流阈值，通过连接一个1%的电阻 (R{TERM}) 到地来编程。计算公式为 (I{TERM }=frac{100 V}{R_{TERM }})。当充电电流下降到该阈值以下时，充电周期结束。

BAT（引脚2）

为电池提供充电电流，并将最终浮充电压调节到4.2V。内部精密电阻分压器可设置浮充电压，在关机模式下，该分压器会断开，以最小化电池的电流消耗。

CHRG（引脚3）

充电状态开漏输出。充电时，该引脚被内部N沟道MOSFET拉低；充电周期完成后，引脚变为高阻抗状态。通过监测该引脚的状态，我们可以直观地了解电池的充电情况。

GND（引脚4、9）

接地引脚，其中引脚9为暴露的背面封装焊盘，必须焊接到PCB板上，以实现最大的热传递，确保充电器在工作过程中能够有效地散热。

PROG（引脚5）

用于编程充电电流和监测充电电流。充电电流通过连接一个1%的电阻 (R{PROG}) 到地来设置，在恒流模式下，该引脚的电压会稳定在1V。通过监测该引脚的电压，我们可以使用公式 (I{BAT}=frac{V{PROG }}{R{PROG }} cdot 1000) 计算出充电电流。

VCC（引脚6）

正输入电源电压引脚，为充电器提供电源。电压范围为4.25V至6.5V，该引脚应至少使用一个1µF的电容进行旁路。当 (V_{CC}) 与BAT引脚电压相差在100mV以内时，充电器进入关机模式，电池放电电流降至小于2µA。

ACPR（引脚7）

电源状态开漏输出。当 (V{CC}) 高于欠压锁定阈值且比 (V{BAT}) 高至少100mV时，该引脚被拉低；否则，引脚为高阻抗状态。通过该引脚的状态，我们可以判断充电器是否有足够的电源来为电池充电。

EN（引脚8）

使能输入引脚。逻辑高电平会使充电器进入关机模式，此时电池放电电流降至小于2µA，电源电流降至小于50µA；逻辑低电平或引脚浮空（通过内部2MΩ下拉电阻拉低）可启用充电功能。

工作模式解析

正常充电周期

当 (V_{CC}) 引脚电压高于欠压锁定（UVLO）阈值，且PROG引脚连接一个1%的编程电阻到地时，充电周期开始。如果BAT引脚电压低于2.9V（LTC4068），充电器进入涓流充电模式，以大约1/10的编程充电电流为电池充电，将电池电压提升到安全水平。当BAT引脚电压高于2.9V时，充电器进入恒流模式，提供编程的充电电流；当BAT引脚接近最终浮充电压（4.2V）时，进入恒压模式，充电电流开始下降；当充电电流下降到编程的终止阈值时，充电周期结束。

编程充电电流

通过将一个电阻从PROG引脚连接到地来编程充电电流。充电电流与PROG引脚电流的关系为1000倍，计算公式为 (I{CHG}=frac{1000 V}{R{PROG }})。同时，通过监测PROG引脚电压，我们可以实时计算出充电电流。

编程充电终止

充电周期在充电电流低于编程的终止阈值时结束。该阈值通过将外部电阻 (R{TERM}) 从ITERM引脚连接到地来设置，计算公式为 (I{TERM }=frac{100 V}{R{TERM }})。内部滤波比较器会监测ITERM引脚，当ITERM引脚电压低于100mV的时间超过 (t{TERM}) （通常为1ms）时，充电终止。

自动再充电

充电周期终止后，充电器会持续监测BAT引脚电压。当电池电压下降到4.1V以下时，充电器会自动启动新的充电周期，确保电池始终保持在充满或接近充满的状态。

应用信息

稳定性考虑

在恒压模式下，只要电池连接到充电器输出，反馈回路无需输出电容即可保持稳定。如果没有电池，建议在BAT引脚添加输出电容以减少纹波电压。在使用高值、低ESR陶瓷电容时，建议串联一个1Ω电阻；使用钽电容时则无需串联电阻。在恒流模式下，PROG引脚的阻抗会影响稳定性，无额外电容时，程序电阻值高达20k时充电器仍能保持稳定；添加电容会降低最大允许的程序电阻值，PROG引脚的极点频率应保持在100kHz以上。

功率耗散

LTC4068会在高功率条件下自动降低充电电流，因此无需为最坏情况的功率耗散进行设计。功率耗散主要由内部MOSFET产生，计算公式为 (P{D}=left(V{C C}-V{B A T}right) cdot I{B A T})。当结温达到约120°C时，热反馈会开始起作用，降低充电电流。

热考虑

为了在所有条件下提供最大充电电流，必须将LTC4068封装背面的暴露金属焊盘焊接到PCB板接地。正确焊接到2500 (mm^{2}) 双面1oz铜板上时，热阻约为40°C/W；如果没有良好的热连接，热阻会大大增加，从而影响充电电流的输出。

USB和墙式适配器电源

LTC4068支持从墙式适配器和USB端口充电。通过合理的电路设计，可以实现两种电源的切换和充电电流的调整。例如，当墙式适配器存在时，可以通过N沟道MOSFET和额外的程序电阻将充电电流增加到800mA。

反向极性输入电压保护

在某些应用中，需要对 (V_{CC}) 上的反向极性电压进行保护。可以根据具体情况选择使用串联阻塞二极管或P沟道MOSFET来实现低损耗的输入反向极性保护。

典型应用电路

全功能单节锂离子充电器

该电路展示了LTC4068 - 4.2在标准单节锂离子电池充电中的应用，通过合理配置外部元件，可以实现稳定的充电功能。

具备反向极性输入保护的锂离子电池充电器

在该电路中，添加了反向极性保护措施，确保充电器在输入电压极性接反的情况下不会损坏，提高了系统的可靠性。

USB/墙式适配器电源锂离子充电器

该电路实现了USB和墙式适配器电源的切换，满足了不同电源场景下的充电需求，为用户提供了更多的便利。

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除了LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2，Linear Technology Corporation还提供了一系列相关的锂离子电池充电器和控制器，如LTC1732、LTC1733、LTC4007等。这些产品各具特点，可以根据不同的应用需求进行选择。

LTC4068 - 4.2/LTC4068X - 4.2以其丰富的功能、高集成度和良好的性能，为单节锂离子电池充电提供了一个优秀的解决方案。在实际设计中，工程师可以根据具体需求，合理利用其特性，设计出高效、稳定的充电电路。你在使用类似充电器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。