LTC1732-4/LTC1732-4.2：高效鋰離電池充電控制器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電池充電管理是至關(guān)重要的一環(huán)，尤其是對于鋰電池這種廣泛應(yīng)用的電源。LTC1732-4/LTC1732-4.2作為Linear Technology公司推出的一款鋰離電池線性充電控制器，憑借其諸多優(yōu)秀特性，成為電子工程師在設(shè)計充電電路時的理想選擇。

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產(chǎn)品特性

高精度充電控制

LTC1732-4/LTC1732-4.2具備預設(shè)充電電壓，精度高達1%，能為單節(jié)鋰離子電池提供精準的充電控制，確保電池充電的安全性和穩(wěn)定性。同時，充電電流可通過外部電阻進行編程，最大精度可達7%，滿足不同電池的充電需求。

智能充電功能

該控制器擁有C/10充電電流檢測輸出，能準確判斷電池的充電狀態(tài)?？删幊痰某潆娊K止定時器，可根據(jù)實際需求設(shè)置充電時間，避免過充現(xiàn)象的發(fā)生。此外，當輸入電源移除時，它會自動進入睡眠模式，電池漏電流僅為7μA，有效延長電池的待機時間。對于低電壓電池，還能自動進行涓流充電，確保電池能夠安全地恢復電量。

靈活的電壓選擇

通過SEL引腳，用戶可以選擇對4.1V或4.2V的電池進行充電，增強了產(chǎn)品的通用性。LTC1732-4可通過設(shè)置SEL引腳來適配不同電壓的電池，而LTC1732-4.2則默認適用于4.2V電池。

輸入電源檢測

輸入電源（墻式適配器）檢測輸出功能，能實時監(jiān)測輸入電源的狀態(tài)，當輸入電壓大于欠壓鎖定閾值時，ACPR引腳會被拉低，可用于驅(qū)動外部LED，方便用戶了解充電狀態(tài)。

工作原理

充電電流編程

充電電流由PROG引腳到地的編程電阻（RPROG）和VCC與SENSE引腳之間的檢測電阻（RSENSE）共同決定。RPROG通過內(nèi)部800Ω電阻設(shè)置一個編程電流，在電流放大器（CA）的輸入端產(chǎn)生一個電壓降，電流放大器通過控制外部P溝道MOSFET的柵極，使RSENSE上產(chǎn)生相同的電壓降，從而設(shè)定充電電流。

充電模式切換

當VCC引腳的電位高于欠壓鎖定（UVLO）電平，且PROG引腳連接到地時，充電開始。如果電池電壓低于2.457V，充電器進入涓流充電模式，充電電流為滿量程電流的10%。當電池電壓上升到2.457V以上時，充電器進入快速充電的恒流模式。當電池接近最終浮充電壓時，充電電流開始減小，當電流降至滿量程充電電流的10%時，CHRG引腳會發(fā)出充電結(jié)束（C/10）的信號。

定時器控制

TIMER引腳連接的外部電容可設(shè)置總充電時間。當定時器超時后，充電周期終止，CHRG引腳進入高阻抗狀態(tài)。將TIMER引腳連接到VCC可禁用定時器，使充電器進入僅恒流模式；將TIMER引腳接地則可禁用內(nèi)部定時器和C/10功能。

引腳功能

BAT（引腳1）

電池檢測輸入引腳，需要連接一個10μF或更大的旁路電容，以保持環(huán)路穩(wěn)定。內(nèi)部精密電阻分壓器可設(shè)置最終浮充電位，在睡眠模式下，電阻分壓器會斷開，以減少電池的電流消耗。

SEL（引腳2）

4.1V/4.2V電池選擇輸入引腳。將該引腳接地，輸出浮充電壓將設(shè)置為每節(jié)4.1V；連接到VCC則設(shè)置為每節(jié)4.2V。對于LTC1732-4.2，SEL引腳必須連接到VCC。

CHRG（引腳3）

開漏充電狀態(tài)輸出引腳。充電時，CHRG引腳被內(nèi)部N溝道MOSFET拉低；當充電電流降至滿量程電流的10%超過15ms時，N溝道MOSFET關(guān)閉，一個35μA的電流源連接到地；當定時器超時或輸入電源移除時，電流源斷開，CHRG引腳進入高阻抗狀態(tài)。

TIMER（引腳4）

定時器電容和恒壓模式禁用輸入引腳。通過連接一個電容到地來設(shè)置定時器周期，定時器周期為tTIMER（小時）=(CTIMER ? 3小時)/(0.1μF)。將TIMER引腳連接到VCC可禁用定時器和恒壓模式，使芯片僅工作在恒流模式；將TIMER引腳接地可禁用內(nèi)部定時器和C/10功能。

GND（引腳5）

接地引腳。

PROG（引腳6）

充電電流編程和關(guān)機輸入引腳。通過連接一個電阻RPROG到地來編程充電電流，充電電流為IBAT =(VPROG ? 800Ω)/(RPROG ? RSENSE)。將PROG引腳浮空，內(nèi)部2.5μA電流源會將引腳拉到2.457V以上的關(guān)機閾值電壓，從而使IC進入關(guān)機狀態(tài)。

DRV（引腳7）

P溝道MOSFET或PNP晶體管的驅(qū)動輸出引腳。如果使用PNP晶體管，應(yīng)選擇高β值的晶體管，以減少基極電流導致的充電電流誤差。

VCC（引腳8）

正輸入電源電壓引腳。當VBAT與VCC的差值在54mV以內(nèi)時，LTC1732會進入睡眠模式，ICC降至7uA。VCC的范圍為4.5V至12V，需要用一個1μF的電容進行旁路。

SENSE（引腳9）

電流檢測輸入引腳。需要在VCC和SENSE引腳之間連接一個檢測電阻RSENSE，其阻值可通過公式RSENSE =(VPROG ? 800Ω)/(RPROG ? IBAT)計算得出。

ACPR（引腳10）

墻式適配器存在輸出引腳。當輸入電壓（墻式適配器）大于欠壓鎖定閾值時，該引腳被內(nèi)部N溝道MOSFET拉低，可驅(qū)動外部LED。

應(yīng)用信息

充電器狀態(tài)判斷

當VCC引腳電壓小于4.1V、壓差（VCC - VBAT）小于54mV或編程電阻浮空時，充電器關(guān)閉。此時DRV引腳被拉到VCC，MOSFET關(guān)閉，內(nèi)部電阻分壓器斷開，以減少電池的電流消耗。

欠壓鎖定（UVLO）

內(nèi)部欠壓鎖定電路會監(jiān)測輸入電壓，當VCC低于4.1V時，充電器保持關(guān)機狀態(tài)。為防止在VCC = 4.1V附近產(chǎn)生振蕩，UVLO電路具有200mV的遲滯。

涓流充電和電池故障檢測

充電開始時，如果電池電壓低于2.457V，充電器進入涓流模式，充電電流降至滿量程電流的10%。如果低電池電壓持續(xù)總充電時間的四分之一，電池將被視為有故障，充電終止，CHRG引腳輸出進入高阻抗狀態(tài)。

關(guān)機操作

將PROG引腳浮空，內(nèi)部2.5μA電流源會將引腳拉到2.457V以上的關(guān)機閾值電壓，使LTC1732進入關(guān)機狀態(tài)。此時DRV引腳被拉到VCC，外部P溝道MOSFET關(guān)閉，內(nèi)部定時器復位。

充電電流編程

電池充電電流的計算公式為IBAT =(2.457V / RPROG) ? (800Ω / RSENSE)。為了在溫度和時間上獲得最佳穩(wěn)定性，建議使用1%精度的電阻。

定時器編程

可編程定時器用于終止充電周期，其長度由TIMER引腳的外部電容決定，總充電時間為Time =(3小時)(CTIMER / 0.1μF)。定時器在輸入電壓大于4.1V且編程電阻連接到地時開始計時。將TIMER引腳連接到VCC可禁用定時器，使充電器進入恒流模式；將TIMER引腳接地可僅禁用定時器功能。

電池檢測和再充電

對于LTC1732-4，在定時器到期前更換電池，如果新電池的電壓小于3.8V，定時器將復位，開始新的充電周期；如果新電池電壓大于3.8V，定時器不會復位，充電將繼續(xù)剩余的時間。在定時器到期后更換電池，無論電池電壓如何，只要前一個電池在定時器到期前電壓超過3.9V，就會開始新的充電周期。當電池完全充電（VBAT > 3.9V）且仍連接到充電器時，如果電池電壓因負載或自放電降至3.8V以下，將開始新的充電周期。

對于LTC1732-4.2，原理與LTC1732-4類似，只是電壓閾值分別為4.05V和4.1V。

CHRG狀態(tài)輸出引腳

充電開始時，CHRG引腳被內(nèi)部N溝道MOSFET拉低，可驅(qū)動LED。當電池電流降至滿量程電流的10%（C/10）時，N溝道MOSFET關(guān)閉，一個35μA的電流源連接到地。為防止瞬態(tài)電流導致的誤觸發(fā)，包含15ms的時間延遲。涓流充電模式下，充電結(jié)束比較器禁用。定時器到期后，充電周期結(jié)束，引腳進入高阻抗狀態(tài)。通過使用兩個不同阻值的上拉電阻，微處理器可以檢測該引腳的三種狀態(tài)（充電、C/10和停止充電）。

ACPR輸出引腳

當輸入電源（墻式適配器）高于4.1V且比BAT引腳電壓高54mV時，ACPR引腳被N溝道MOSFET拉低，可驅(qū)動LED；否則，該引腳處于高阻抗狀態(tài)。

充電結(jié)束（C/10）輸出

LTC1732包含一個比較器，用于監(jiān)測充電電流，檢測充電結(jié)束狀態(tài)。該比較器不終止充電周期，但提供一個輸出信號，指示電池接近充滿狀態(tài)。定時器用于終止充電周期。當電池電流降至滿量程的10%以下時，比較器觸發(fā)，關(guān)閉CHRG引腳的N溝道MOSFET，并連接一個35μA的電流源到地。為防止瞬態(tài)電流導致的誤觸發(fā)，包含15ms的時間延遲。涓流充電模式下，充電結(jié)束比較器禁用。

輸出電壓選擇

BAT引腳的浮充電壓可通過SEL引腳進行選擇。將SEL引腳接地，浮充電壓設(shè)置為4.1V；連接到VCC則設(shè)置為4.2V。這一特性使充電器可用于不同類型的鋰離子電池。

柵極驅(qū)動

通常，LTC1732控制一個外部P溝道MOSFET為電池提供電流，也可使用外部PNP晶體管作為傳輸晶體管。由于電流放大器（CA）的跨導較低，需要使用高增益的達林頓PNP晶體管，以避免過大的充電電流誤差。

僅恒流模式

將TIMER引腳連接到VCC，LTC1732可作為可編程電流源使用，特別適用于充電NiMH或NiCd電池。在僅恒流模式下，定時器和電壓放大器均被禁用，需要使用外部終止方法，通過浮空PROG引腳來正確終止充電。

穩(wěn)定性

當使用P溝道MOSFET作為傳輸晶體管且電池存在時，充電器無需任何補償即可穩(wěn)定工作。當電池斷開時，建議在BAT引腳連接一個10μF的鉭電容，以降低紋波電壓。也可使用陶瓷輸出電容，但由于多層陶瓷電容的ESR極低和Q值高的特性，可能需要在陶瓷電容上串聯(lián)一個1Ω的電阻，以提高電壓模式的穩(wěn)定性。

如果使用PNP晶體管作為傳輸晶體管，需要在DRV引腳和VCC之間連接一個1000pF的電容。為了穩(wěn)定電壓環(huán)路，當電池不存在時，還建議在BAT引腳連接一個10μF的鉭電容。

典型應(yīng)用

單節(jié)4.2V鋰離子電池充電器

在典型的單節(jié)4.2V鋰離子電池充電器應(yīng)用中，VIN為6V，通過RSENSE（0.2Ω）和RPROG（19.6k）設(shè)置充電電流為500mA。LTC1732-4控制外部P溝道MOSFET為電池充電，同時通過CHRG引腳輸出充電狀態(tài)信號。

單節(jié)4.1V、高效1.5A鋰離子電池充電器

在這個應(yīng)用中，使用了LTC1732-4和LTC1693-5等芯片，通過合理的電路設(shè)計，實現(xiàn)了單節(jié)4.1V鋰離子電池的高效充電，充電電流可達1.5A。

總結(jié)

LTC1732-4/LTC1732-4.2鋰離電池線性充電控制器以其高精度的充電控制、智能的充電功能、靈活的電壓選擇和豐富的應(yīng)用特性，為電子工程師提供了一個可靠的電池充電解決方案。無論是在手機、手持計算機還是充電座等設(shè)備中，都能發(fā)揮出色的性能，幫助工程師設(shè)計出更加高效、穩(wěn)定的充電電路。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似充電控制器的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。