551演示電路鋰離子電池充電器LTC4002 - 4.2快速入門指南

在電子設(shè)備的開發(fā)過程中，電池充電器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，特別是對(duì)于鋰離子電池這種廣泛應(yīng)用的電源。今天要給大家介紹的是演示電路551鋰離子電池充電器LTC4002 - 4.2，它具備多種實(shí)用功能，能滿足不同的充電需求。

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充電器概述

電路設(shè)計(jì)與特點(diǎn)

演示電路551是一款完整的恒流/恒壓電池充電器，專為單節(jié)鋰離子電池充電而設(shè)計(jì)。它采用500kHz降壓開關(guān)穩(wěn)壓器控制器驅(qū)動(dòng)P溝道MOSFET，編程設(shè)定的充電電流為3A。該電路還具備一個(gè)固定的3小時(shí)充電終止定時(shí)器，同時(shí)有充電狀態(tài)LED指示燈，可指示電池接近充滿的狀態(tài)，并且設(shè)有熱敏電阻連接，用于電池溫度充電條件判斷。不過由于電路會(huì)產(chǎn)生熱量，熱敏電阻不能安裝在該電路板上，此板上使用了一個(gè)10k電阻（R3）來(lái)代替。

封裝與空間優(yōu)勢(shì)

LTC4002采用3×3mm 10引腳DFN封裝，所有表面貼裝元件的使用最大程度地減小了電路板空間和高度，整個(gè)電路大約占用0.5平方英寸的電路板空間，但為了散熱還需要額外的印刷電路板銅層。該電路板的設(shè)計(jì)文件可通過聯(lián)系LTC工廠獲取。

其他特性

• 預(yù)設(shè)浮充電壓：4.2V ±1%。
• 恒流充電：3A恒流（可編程設(shè)置其他充電電流）。
• 充電終止定時(shí)器：3小時(shí)充電終止定時(shí)器。
• 溫度傳感：NTC熱敏電阻輸入，用于感應(yīng)電池溫度。
• 欠壓鎖定：具備欠壓鎖定功能。
• 手動(dòng)關(guān)機(jī)：支持手動(dòng)關(guān)機(jī)操作。
• 低電池漏電：輸入電源移除時(shí)，電池漏電電流低。
• 涓流充電：針對(duì)深度放電的電池提供C/10涓流充電。
• 自動(dòng)充電：當(dāng)電池電壓降至預(yù)設(shè)閾值以下時(shí)自動(dòng)充電。
• 充電指示燈：C/5充電LED指示燈（CHRG）。

典型演示板規(guī)格

測(cè)試設(shè)備要求

電池模擬器

電池模擬器在評(píng)估電池充電器時(shí)非常有用。一個(gè)簡(jiǎn)單的電池模擬器由一個(gè)帶有粗調(diào)和微調(diào)（或多圈）電壓調(diào)節(jié)控制的實(shí)驗(yàn)室電源和一個(gè)連接到電源輸出端子的功率電阻組成。連接電阻負(fù)載后，電源可以像實(shí)際電池一樣源出和吸收電流。通過簡(jiǎn)單地改變電池模擬器電源電壓，可以快速模擬從完全放電到完全充電的任何充電水平。完全放電的鋰離子電池電壓約為2.6V - 3V，完全充電的電池電壓根據(jù)電池化學(xué)性質(zhì)為4.1V或4.2V。當(dāng)電池接近充滿時(shí)，電池電壓的微小變化會(huì)導(dǎo)致充電電流的大幅變化。當(dāng)然，在某些情況下，如繪制完整的充電周期時(shí)，需要使用實(shí)際電池。

快速啟動(dòng)步驟

連接設(shè)備

將兩個(gè)電源都設(shè)置為0V，按照?qǐng)D1所示將演示板連接到電源和儀表。充電器輸出與電池模擬器之間的電氣連接必須高質(zhì)量，建議使用0.1Ω的感測(cè)電阻來(lái)測(cè)量充電電流，充電電流路徑中的直流電阻應(yīng)保持最小。

欠壓鎖定和涓流充電

將跳線（JP1）置于“RUN”位置，開始增加輸入電源電壓。當(dāng)電壓約為4.3V時(shí)，LTC4002欠壓鎖定功能使充電器啟動(dòng)，充電電流會(huì)突然上升到約300mA（儀表上顯示30mV），這是深度放電電池（VBAT < 2.9V）的涓流充電電流。將輸入電源調(diào)整到約6V。

涓流充電閾值和恒流充電

開始增加電池模擬器電源（VBAT），觀察數(shù)字萬(wàn)用表上的充電器輸出電壓。當(dāng)電壓超過約2.9V時(shí)，充電器將突然進(jìn)入充電周期的恒流階段，充電電流會(huì)突然增加到編程值約3A（充電電流數(shù)字萬(wàn)用表上顯示300mV），此時(shí)進(jìn)入恒流模式，CHRG LED指示燈也會(huì)亮起。

恒壓充電和CHRG LED指示燈

繼續(xù)緩慢增加電池模擬器電源，模擬電池接受充電的過程。充電電流應(yīng)保持在編程值3A，直到充電器輸出電壓接近預(yù)設(shè)充電電壓（4.2V ±1%）約10mV時(shí)，充電電流開始下降，這標(biāo)志著充電周期的恒壓階段開始。繼續(xù)非常緩慢地增加電池模擬器電源，直到CHRG LED指示燈熄滅，記錄指示燈熄滅時(shí)的充電電流水平，該電流水平應(yīng)約為750mA ±25%。該LED指示燈表示電池接近充滿，但不是充電完成的指示，充電周期將繼續(xù)直到3小時(shí)定時(shí)器結(jié)束。（注意：當(dāng)LED指示燈熄滅后，直到安裝新電池、輸入電源循環(huán)或充電器暫時(shí)關(guān)閉，指示燈才會(huì)再次亮起）

繼續(xù)增加電池模擬器電源，直到充電電流降至約300mA（充電電流數(shù)字萬(wàn)用表上顯示30mV），然后讀取數(shù)字萬(wàn)用表上的充電器輸出電壓，該讀數(shù)即為充電器的浮充電壓4.200V ± 40mV。需要注意的是，電池模擬器電壓的微小變化會(huì)導(dǎo)致充電電流的大幅變化，將模擬器電源調(diào)整到4.2V時(shí)，充電電流將降至0mA。

睡眠模式

為了驗(yàn)證睡眠模式下的電池漏電電流，移除輸入電源電壓或關(guān)閉電源，將0.1Ω的電流感測(cè)電阻替換為1kΩ電阻，并將電池模擬器電源設(shè)置為約4V。此時(shí)充電電流數(shù)字萬(wàn)用表將以1mV/μA的比例讀取電池漏電電流。

其他注意事項(xiàng)

• 輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為5.2V - 24V，對(duì)充電電流或充電電壓規(guī)格的影響可忽略不計(jì)。當(dāng)輸入電壓大于20V時(shí)，建議在現(xiàn)有的陶瓷輸入旁路電容上并聯(lián)一個(gè)固態(tài)鉭電容，以最小化輸入電源熱切換時(shí)由于振鈴引起的電壓瞬變。在演示板的C2位置安裝一個(gè)10μF或更大、35V的鉭電容。
• 充電器關(guān)機(jī)：將跳線（J1）從“RUN”位置移動(dòng)到“SHDN”位置，可關(guān)閉充電器。
• 溫度資格驗(yàn)證：要驗(yàn)證溫度資格功能，移除10k電阻R3，并將電阻替換盒連接到“EXT NTC”端子。參考LTC4002數(shù)據(jù)手冊(cè)，了解允許充電器提供充電電流或因溫度極端情況停止充電的電阻值。如果使用實(shí)際熱敏電阻，必須將其安裝在電池附近，而不是電路板上。

通過以上介紹，相信大家對(duì)演示電路551鋰離子電池充電器LTC4002 - 4.2有了更深入的了解。在實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，大家可以根據(jù)具體需求靈活調(diào)整參數(shù)和操作步驟。你在使用類似充電器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。