探索ADI LTC4126 - ADJ：無線充電與電源轉(zhuǎn)換的卓越之選

在電子設(shè)備日益小型化和智能化的今天，對于高效、可靠的電源管理解決方案的需求愈發(fā)迫切。ADI公司的LTC4126 - ADJ無線鋰離子充電器，憑借其獨特的功能和出色的性能，成為了眾多低功耗設(shè)備的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

LTC4126 - ADJ是一款集成了降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的低功耗無線單節(jié)鋰離子電池充電器。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)無線充電功能，還能為設(shè)備提供穩(wěn)定的1.2V輸出，非常適合為助聽器ASIC等設(shè)備供電。該產(chǎn)品具有以下顯著特點：

• 無線充電功能：通過外部并聯(lián)諧振LC諧振電路，可從發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場中無線接收功率。
• 可編程充電電流：充電電流可通過外部電阻在1mA至50mA之間進(jìn)行編程，靈活性高。
• 寬頻接收頻率：支持DC至>10MHz的寬頻接收頻率。
• 集成整流器與過壓保護(hù)：集成整流器并具備過壓限制功能，保障充電安全。
• 多模式DC/DC轉(zhuǎn)換器：采用低噪聲多模式電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器，開關(guān)頻率可設(shè)置為50kHz或75kHz，避免產(chǎn)生可聽噪聲。

二、產(chǎn)品特性詳解

2.1 充電特性

• 充電電流可編程：通過在PROG引腳連接一個1%精度的電阻RPROG，可根據(jù)公式 (R{PROG }=frac{100 cdot 1.1 V}{I{CHG}}-2.2 k Omega) 來編程充電電流。最小和最大允許電阻分別為0Ω和107kΩ。
• 充電電壓與終止：最終充電電壓為4.2V，當(dāng)VCC引腳電壓比BAT引腳電壓高80mV（典型值）時，充電器開始嘗試充電并啟動新的充電周期。同時，一個6小時的充電終止定時器開始計時，當(dāng)定時器到期時，充電完全停止。
• 自動充電：充電終止后，若電池電壓降至VRECHRG（典型值為充電電壓的97.5%）以下，將自動開始新的充電周期。
• 電池故障檢測：如果在6小時的完整充電周期結(jié)束后，電池未能達(dá)到VRECHRG以上的電壓，則判定電池有故障，CHRG引腳的LED將快速閃爍（典型值為4.58Hz）。

2.2 溫度保護(hù)

LTC4126 - ADJ通過NTC熱敏電阻監(jiān)測電池溫度。當(dāng)電池溫度超出安全充電范圍時，IC將暫停充電，并通過CHRG引腳和STAT引腳發(fā)出故障信號。安全充電范圍由兩個比較器（Too Hot和Too Cold）監(jiān)控NTC引腳電壓來確定，上升閾值和下降閾值分別設(shè)置為VCC的76.5%和34.9%，并帶有1.5%的滯后。

2.3 DC/DC轉(zhuǎn)換器

• 多模式操作：根據(jù)電池電壓，電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器有三種工作模式。當(dāng) (V_{BAT}>3.6V) 時，工作在3:1降壓模式（模式1），提供穩(wěn)定的1.2V輸出；當(dāng)電池電壓在3.6V至3.3V之間時，仍處于3:1降壓模式，但無法維持1.2V調(diào)節(jié)，輸出為電池電壓的三分之一（僅在無負(fù)載時）；當(dāng)電池電壓低于3.3V時，切換到2:1降壓模式（模式3），再次提供穩(wěn)定的1.2V輸出。
• 負(fù)載處理：在模式1或模式2下，如果輸出端的大負(fù)載導(dǎo)致輸出電壓降至1.1V以下，轉(zhuǎn)換器將自動切換到模式3，并嘗試將輸出調(diào)節(jié)到1.2V。轉(zhuǎn)換器在模式3下保持110ms（典型值），然后返回之前的模式。
• 轉(zhuǎn)換效率：不同模式下的理論最大效率不同。模式1下，當(dāng) (V{BAT}=4.2V) 時，理論最大效率為85.7%；當(dāng) (V{BAT}=3.6V) 時，為100%。模式3下，當(dāng) (V{BAT}=3.3V) 時，理論最大效率為72.7%；當(dāng) (V{BAT}=3.0V) 時，為80%。

三、引腳功能

• NTC（引腳1）：熱敏電阻輸入引腳，用于監(jiān)測電池溫度。若不需要溫度限定充電功能，可將該引腳接地。
• EN（引腳2）：數(shù)字邏輯輸入引腳，用于啟用DC/DC轉(zhuǎn)換器。當(dāng)電壓不低于1.1V時，在LTC4126 - ADJ不在電池斷開模式下時可啟用調(diào)節(jié)器；低電壓（最大0.4V）則禁用調(diào)節(jié)器，并允許通過按鈕控制。
• PBEN（引腳3）：按鈕切換輸入引腳，用于啟用/禁用DC/DC轉(zhuǎn)換器。只有在LTC4126 - ADJ不在電池斷開模式下時，調(diào)節(jié)器才能啟用。
• PROG（引腳4）：充電電流編程引腳，通過連接電阻RPROG來設(shè)置充電電流。
• ACPR（引腳5）：數(shù)字CMOS邏輯輸出引腳，用于指示是否有足夠的輸入功率來為電池充電。
• CHRG（引腳6）：開漏充電狀態(tài)輸出引腳，可通過電阻和/或LED上拉，以指示電池充電器的狀態(tài)。
• ACIN（引腳7）：交流輸入電壓引腳，連接外部LC諧振電路。不使用時，應(yīng)將該引腳接地。
• BAT（引腳8）：電池連接引腳，連接單節(jié)鋰離子電池。有足夠輸入功率時，電池將通過該引腳充電，同時DC/DC轉(zhuǎn)換器也通過該引腳從電池獲取電源。
• STAT2（引腳9）、STAT1（引腳10）：數(shù)字CMOS邏輯狀態(tài)輸出引腳，與ACPR一起指示各種充電狀態(tài)和故障條件。當(dāng)無輸入功率且DC/DC轉(zhuǎn)換器啟用時，這些引腳指示電池電壓水平。
• VCC（引腳11）：直流輸入電壓引腳，內(nèi)部二極管連接ACIN引腳（陽極）和該引腳（陰極）。當(dāng)ACIN引腳有交流電壓時，該引腳電壓為整流后的交流電壓；不使用ACIN引腳時，可連接直流電壓源為LTC4126 - ADJ供電并為電池充電。
• OUT（引腳12）：DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出引腳，提供1.2V電壓為助聽器ASIC等設(shè)備供電。
• GND（暴露焊盤引腳13）：接地引腳，封裝背面的暴露焊盤必須焊接到PCB接地，以實現(xiàn)低電阻電氣連接和最佳熱性能。

四、應(yīng)用場景

4.1 助聽器

LTC4126 - ADJ的小封裝和低功耗特性使其非常適合用于助聽器。其無線充電功能避免了傳統(tǒng)充電方式的不便，而穩(wěn)定的1.2V輸出能夠為助聽器ASIC提供可靠的電源。

4.2 低功耗鋰離子供電設(shè)備

如無線耳機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備等，這些設(shè)備通常對功耗和體積有較高要求。LTC4126 - ADJ的可編程充電電流和高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠滿足這些設(shè)備的需求。

五、設(shè)計要點

5.1 無線功率傳輸

在無線功率傳輸系統(tǒng)中，通過將LC諧振電路連接到ACIN引腳并調(diào)諧到與發(fā)射線圈交流電流頻率相同的頻率，可以提高空氣間隙上的功率傳輸范圍。同時，選擇具有良好品質(zhì)因數(shù)的收發(fā)線圈和低ESR、低熱系數(shù)的電容器，有助于提高整體功率傳輸效率。

5.2 發(fā)射功率選擇

發(fā)射功率應(yīng)盡可能設(shè)置得低，以在最壞情況下的耦合條件下獲得所需的輸出功率。同時，需要確保在最佳耦合條件下，LTC4126 - ADJ的溫度不會過高，并且ACIN引腳的最大負(fù)電壓不超過16V。

5.3 元件選擇

為確保LTC4126 - ADJ的最佳性能，應(yīng)使用推薦的元件。對于收發(fā)線圈，應(yīng)選擇具有良好品質(zhì)因數(shù)的產(chǎn)品；對于電容器，應(yīng)使用C0G陶瓷等低ESR和低熱系數(shù)的類型。

5.4 PCB布局

LTC4126 - ADJ封裝的暴露焊盤是唯一的接地引腳，必須焊接到PCB接地，以實現(xiàn)良好的電氣連接。為了實現(xiàn)最佳熱性能，應(yīng)在暴露焊盤下方設(shè)置一組過孔，直接連接到內(nèi)部接地平面，并盡量使接地平面靠近PCB的頂層。

六、總結(jié)

ADI的LTC4126 - ADJ無線鋰離子充電器為低功耗設(shè)備提供了一種高效、可靠的電源管理解決方案。其豐富的功能和出色的性能使其在助聽器、無線耳機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在設(shè)計過程中，我們需要充分考慮無線功率傳輸、發(fā)射功率選擇、元件選擇和PCB布局等要點，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。你在使用類似的無線充電和電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。