探索 DC1284A：LTC4098EPDC 演示電路的深度解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，高效的電源管理和電池充電技術(shù)至關(guān)重要。今天，我們就來深入探討一下 Linear Technology 的演示電路 1284A，它采用了 LTC4098EPDC 芯片，為 USB 兼容的開關(guān)電源管理和鋰離子電池充電提供了出色的解決方案。

文件下載：DC1284A.pdf

1. 電路概述

演示電路 1284A 是一款高效的 USB 電源管理器、鋰離子電池充電器和高壓降壓調(diào)節(jié)器電池跟蹤控制器。它主要使用了 LTC4098EPDC 和 LT3480EDD 這兩款芯片。LTC4098EPDC 采用超?。?.55mm）的 20 引腳 3mmx4mm QFN 表面貼裝封裝，方便在各種小型設(shè)備中使用。

2. 性能參數(shù)

這些參數(shù)為我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)，工程師們可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理的配置。

3. 工作原理

3.1 電池充電與電源管理

LTC4098 作為鋰離子電池充電器和電源管理器，能夠控制充電器輸入電壓的預(yù)調(diào)節(jié)器，從而將充電器的功耗降至最低。它還集成了一個(gè)降壓調(diào)節(jié)器，可從 5V 輸入電源（通常是 USB 端口）提供預(yù)調(diào)節(jié)功能，即 BatTrack?。

3.2 USB 負(fù)載編程

如果輸入電源是 USB 端口，那么呈現(xiàn)給 USB 端口的負(fù)載可以通過 D[2 - 0] 輸入和 CLPROG 引腳電阻進(jìn)行編程，以符合 USB 標(biāo)準(zhǔn)。負(fù)載可以設(shè)置為 100mA 或 500mA，具體取決于與 USB 主機(jī)的協(xié)商結(jié)果。

3.3 電池充電電流編程

對(duì)于非 USB 應(yīng)用，充電器提供給電池的電流也可以通過 PROG 引腳電阻進(jìn)行編程，最大可達(dá) 1A。

3.4 輸出電流分配

VOUT 處的可用電流優(yōu)先供應(yīng)給連接到 VOUT 的任何系統(tǒng)負(fù)載，剩余的電流則供應(yīng)給電池充電器，直至達(dá)到 PROG 電阻設(shè)置的電流值。VOUT 處的可用電流可以通過以下公式計(jì)算： [left.USB frac{V U S B}{V O U T} eta( buck regulator )=I_{V O U T}right.]

3.5 理想二極管功能

LTC4098 還具有理想二極管功能，通過最小化從 BAT 到 VOUT 的電壓降，能夠從電池中提取最大能量。該功能支持可選的外部 MOSFET，以在較高電池電流下實(shí)現(xiàn)出色的效率。

3.6 過壓保護(hù)

當(dāng) USB 電壓高于 6V 時(shí)，LTC4098 會(huì)激活過壓保護(hù)功能，使用外部 MOSFET 來防止應(yīng)用相關(guān)的輸入過壓。只需選擇具有適當(dāng) (BV DSS) 的外部 MOSFET 即可實(shí)現(xiàn)這一功能。

3.7 外部高壓調(diào)節(jié)器

如果需要在高于 6V 的電壓下運(yùn)行 LTC4098，則需要一個(gè)外部高壓調(diào)節(jié)器。DC1284A 板使用了 LT3480 高頻高壓降壓調(diào)節(jié)器，通過 Vc 引腳與 LTC4098 進(jìn)行接口，使 LT3480 能夠進(jìn)行 BatTrack，從而降低電池充電器的功耗。

4. 快速啟動(dòng)指南

按照以下步驟進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證：

1. 選擇輸入：將 “WALL” 跳線（JP7）設(shè)置為 “5V ADAPTOR”，“RUN/SS” 跳線（JP1）設(shè)置為 “SHDN”，確保 PS3 關(guān)閉。
2. 設(shè)置電池電壓：將 PS4 設(shè)置為 3.8V，打開 PS4，驗(yàn)證 VOUT 大于 3.78V，(BATSMSM) 等于 (V_{BAT})。
3. 設(shè)置負(fù)載電流：將 Ld1 設(shè)置為 100mA，打開 Ld1，測(cè)量并記錄 ((VOUT,BAT))；再將 Ld1 設(shè)置為 1A，測(cè)量并記錄 (V_{(VOUT,BAT) })；最后將 Ld1 恢復(fù)到 100mA。
4. 設(shè)置 NTC 跳線：將 NTC 跳線（JP6）設(shè)置為 INT，測(cè)量 J2.3 到 JP6.3 的電阻，驗(yàn)證其小于 0.25 Ω。
5. 選擇充電模式：根據(jù)需要設(shè)置 D2、D1 和 D0 跳線，選擇不同的充電模式，如 1X、5X 或 10X 充電器開啟模式，或充電器關(guān)閉模式。
6. 驗(yàn)證輸入電流和電壓：設(shè)置 PS2 為 5V，打開 PS2，驗(yàn)證輸入電流大于 90mA 且小于 100mA，(V_{CLPROG}) 約為 1.188V。
7. 觀察 LED 狀態(tài)：驗(yàn)證 CHRG LED 為實(shí)心綠色，測(cè)量 (V_{NTC }) 和 (NTCBIAS)。
8. 移除和恢復(fù) NTC 跳線：移除 NTC 跳線（JP6），觀察 CHRG LED 的慢閃爍速率，測(cè)量 (V_{NTC}) 和 (NTCBIAS)；然后將 NTC 跳線恢復(fù)到 “INT”。
9. 觀察電壓波形：使用示波器觀察 VOUT 和 BAT 的電壓波形，驗(yàn)證紋波電壓小于 50mV。
10. 調(diào)整電池電壓和負(fù)載電流：降低 PS4 到 2.65V，降低 Ld1 到 50mA，驗(yàn)證 (V_{PROG}) 約為 0.1V；然后增加 PS4 到 3.8V，增加 Ld1 到 100mA。
11. 選擇不同充電模式并驗(yàn)證：設(shè)置 D2、D1 和 D0 為不同的值，選擇不同的充電模式，驗(yàn)證輸入電流和 (V_{CLPROG}) 的值。
12. 計(jì)算效率：增加 Ld1 到 1.2A，驗(yàn)證輸入電流大于 850mA 且小于 1A；然后降低 Ld1 到 500mA，測(cè)量相關(guān)電流和電壓，計(jì)算效率。
13. 移除電池電源：降低 Ld1 到 100mA，移除 PS4，使用示波器觀察 Vout 和 BAT 的電壓波形，驗(yàn)證紋波電壓小于 50mV；增加 PS2 到 30V，驗(yàn)證 Q1 已關(guān)閉。
14. 關(guān)閉電源：關(guān)閉 PS2，設(shè)置 PS4 為 3.6V 并重新連接，設(shè)置 Ld1 為 1A，驗(yàn)證 (V{OUT } ≈V{BAT } - 30 mV)。
15. 選擇不同輸入源：選擇 5V 適配器輸入，設(shè)置 “Wall”（JP7）跳線為 “5V Adaptor”，設(shè)置 PS3 為 4.4V，打開 PS3，驗(yàn)證 (V_{OUT } = 4.4 V)；然后關(guān)閉 PS3，設(shè)置 WALL 跳線為 “HV BUCK”。
16. 測(cè)試高壓輸入：設(shè)置 PS1 為 8V，設(shè)置 “RUN/SS” 跳線（JP1）為 “RUN”，設(shè)置 PS4 為 3.3V，打開 PS1，驗(yàn)證 (V_{OUT } = 3.6 ~ 3.7 V)；設(shè)置 PS4 為 4.1V，驗(yàn)證 VOUT 為 4.4 ~ 4.5V；關(guān)閉 PS1，設(shè)置 PS1 為 38V，重復(fù)上述測(cè)試；最后關(guān)閉所有電源。

5. 應(yīng)用信息

該演示電路旨在展示設(shè)備的全部功能，但并非所有組件在所有應(yīng)用中都是必需的。關(guān)鍵電路組件位于電路板頂部靠近 IC 的位置。VBUS 輸入電容網(wǎng)絡(luò) C3 和 R3 用于抑制實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中常見的輸入源電感，當(dāng)使用 USB 電纜或適配器電纜時(shí)，該輸入阻尼網(wǎng)絡(luò)可能不需要。需要注意的是，C4 的電路電容在 5V 時(shí)約為 8uF，但通過 Q1 與 USB 輸入斷開連接，因此不會(huì)超過 USB 負(fù)載電容，Q1 會(huì)限制最大浪涌電流。

通過對(duì)演示電路 1284A 的深入了解，我們可以看到它在 USB 電源管理和鋰離子電池充電方面的出色性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們可以根據(jù)具體需求進(jìn)行靈活配置，以實(shí)現(xiàn)最佳的電路性能。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的電源管理問題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。