锂离子电池充电器LTC4062及其应用

2006-12-07 13:57:05来源: 今日电子
近年来,手机、数码相机、MP3等便携式产品向体积小、厚度薄、重量轻方向发展,新产品推陈出新,产量也猛增。这些新产品中无不采用锂离子(或聚合物)电池,因为它能满足小、薄、轻的要求,并且容量大,能延长两次充电的时间间隔。与此同时,各厂商也开发出各种新型充电器,与产品进行配套销售。为争夺充电器市场的份额,各导体厂商开发许多性能优良、设计灵活、应用方便的充电器芯片,应用到各种新型充电器当中。

凌特公司推出的单节锂离子电池充电器LTC4062应用灵活,可满足不同容量的锂离子电池的需要,也能采用插头式电源USB端口进行充电,为充电器设计工程师提供了一个很好的选择。

  特点及应用范围

LTC4062是一种充单节锂离子电池的线性充电器,由LTC4062组成的充电器适用于笔记本电脑、手机、MP3播放器及数码相机等。该充电器主要特点包括:可以用插头式(AC/DC适配器)或USB端口供电;最大充电电流可达1A;预设浮充电压为4.2V±0.35%;内有用于监控电池电压的低功耗电压比较器;有多种终止充电方式:可设置时间的定时器来控制终止充电;在充电电流小于设定的电流时终止充电;由用户根据充电状态指示来终止充电;完善的充电程序(算法);在电压低于2.9V时实现涓流充电;在电压大于2.9V时实现大电流恒流充电;当电池电压接近4.2V时改为恒压充电;有充电过程指示(LED亮表示充电、LED灭表示充电终止,LED闪亮表示电池未装好或有故障);有智能启动(Smart Start),可延长电池寿命;有关闭控制,在关闭状态时耗电20μA(典型值),电池耗电小于2μA;充电电流可设定;终止充电时的电流阈值可设定;内部有自动热调节来控制最大的充电率,不会有过热风险;无须外部电流检测电阻及阻塞二极管;外围元器件少;有设定全电流充电(大功率)及1/5电流充电(小功率)选择以满足不同充电电源及电池容量的需要;10管脚小尺寸DFN封装(3mm×3mm),高度0.75mm;工作温度范围为0℃~+85℃。

  管脚排列及功能

LTC4062的管脚排列如图1所示,各管脚功能如表1所示。

 

表1




图1 LTC4062的管脚排列

图2 OUT端的两个输出状态

图3 CHRG是内部MOSFET开漏输出端

图4 C/5是编程充电电流控制端

LTC4062的主要参数(VCC=5V、TA=25℃)典型值:输入电源电压范围VCC为4.3~8V;在充电模式时,输入电源电流ICC=240μA,备用模式时,ICC=130μA,关闭模式时,ICC=20μA;充电器调节后输出电压VFLOAT=4.2V ±0.015V(TA=25℃),VFLOAT=4.2V ±0.025V(0℃ < TA < 85℃);BAT端输出的充电电流IBAT与RPROG有关,RPROG=10kΩ时,IBAT=100mA(恒流),RPORG=1.2kΩ时,IBAT=800mA(恒流);PROG端电压VPROG=1V;OUT端输出低电平电压VOUT=0.1~0.16V;CHRG端输出低电压VCHRG=0.1V;涓流充电阈值电压VTRIKL=2.9V;涓流充电电流ITRIKL为IBAT电源的1/10(当VBAT < VTRIKL);低压锁存电压VUV=3.8V,终止充电阈值检测电流IDET由用户选择RDET设定,RDET=1kΩ时,IDET=100mA;REDT=10kΩ时,IDET=10mA。  

  充电过程的几点说明

  充电程序

  当电池装入充电器、上电后,充电器检测电池的电压VBAT,若VBAT<2.9V(VTRIKL),以1/10设定的恒定充电电流IBAT作涓流充电;当电池电压升到3V时,涓流充电结束,以设定的IBAT恒流充电;当电池电压VBAT上升约到4.2V时,以恒压4.2V充电,此时充电电流下降;当电池充电电流降到终止充电阈值检测电流IDET时,终止充电(检测充电电流终止充电方式)。若充电电池的电压VBAT>3V,则直接用IBAT恒流充电,无涓流充电阶段。

  三种终止充电方式

  充电器设计者可选择用定时器定时间终止充龟,选择充电电流下降到设定的IDET时终止充电,选择由充电器使用者根据充电状态指示终止充电。

  用定时器定时间终止充电时,TIMER端接一个CTIMER电容到GND。定时时间与CTIMER容量有关,其关系式为:

  定时时间(小时)=3CTIMER(μF)/0.1μF

  若CTIMER=0.1μF,则定时时间为3小时。

  用在恒压充电时,充电电流

  IBAT下降到设定阈值检测电流IDET时,终止充电。选择此方式时,需将TIMER端接地。

  选择用户终止充电是利用充电时LED亮,终止充电时LED灭的指示,由用户来终止充电。选择此方式时,TIMER端需接VCC端。

  充电器充电状态指示

  充电器充电状态指示如图5所示,在VIN端接一个发光二极管(LED)及限流电阻到CHRG端(其内部结构见图3)。当VBAT < 2.9V时为涓流充电,CHRG输出低电平,LED亮(表示充电开始);当IBAT < IDET,CHRG端呈高阻抗,LED灭(表示充电终止);若涓流充电时间超25%定时时间,则认为电池有故障,内部MOSFET按6Hz频率通、断,LED闪亮(表示电池有故障)。 


图5 CHRG外接LED的电路

  智能启动及自动再充电

  LTC4062上电或消除关闭模式时,若BAT端电压低于4.1V,则充电器进入充电模式进行充电;若BAT端电压高于4.1V时,进入备用模式,充电器不再充电。这将减少不必要的充电循环,可延长电池寿命。

  当充电器在备用模式时,仍监控BAT端的电压,当BAT一旦低于4.1V时,充电器自动再启动,定时器定时时间为原设定时间的50%(若选择定时器终止充电)。在用户终止充电方式中则无此功能。

  典型应用电路

  定时器终止充电方式电路

  由定时器终止充电方式的电路如图6所示。采用CTIMER=0.1μF,定时时间为3小时。恒流充电电流IBAT=1000V/RPROG=1000V/2kΩ=500mA。IDET=100V/RDET=100V/2kΩ=50mA。充电时LED亮,当IBAT < IDET,CHRG端呈高阻抗,LED灭(表示充电终止);若涓流充电时间超25%定时时间,则认为电池有故障,内部MOSFET按6Hz频率通、断,LED闪亮(表示电池有故障)。 

图6 由定时器终止充电方式的电路

  图6中,RPROG与RDET是两个2kΩ电阻,也可采用一个1kΩ电阻(省去一个电阻),如图7所示。用一个1kΩ电阻时,IBAT=500V/RPROG,IDET=50V/RDET。

  采用检测电流方式终止充电电路

  采用检测IBAT电流来终止充电电路如图8所示。按图的参数IBAT=807mA,IDET=80mA。R1=715kΩ,R2=347kΩ,则VBAT<3V时,OUT为高电平;VBAT>3V时,OUT为低电平(可参看图2)。图中C/5接VCC(高电平),全电流充电,EN端悬空(内部有下拉电阻),充电器正常工作,要关闭时EN接高电平。TIMER端接地(采用检测充电电流终止充电方式)。LED作充电状态指示。

图7 由定时器终止充电方式的电路

图8 采用监测电流方式终止充电电路

  采用5V插头式电源或USB端口作电源的充电电路。

  采用5V插头式电源或USB端口作电源充电的电路如图9所示。两种电源都可使用,若两种电源都接上,则5V插头式电源优先。5V插头式电源使10kΩ电阻通电,VGS≈0V,P管截止,USB端口不再供电。肖特基二极管D为阻塞二极管,它防止USB供电时,不会使10kΩ电阻通过电流,并且减小二极管的正向压降的损失。图中TIMER接地,IBAT < IDET时终止充电。若USB端口不能提供400mA电流,可将C/5悬空或接地。

图9 采用插头式电源或USB端口作电源的充电电路

图10 采用插头式或USB电源时充电电流不同的电路

  采用不同电源时充电电流不同的电路

  采用5V插头式电源可提供800mA充电电流,但由于USB端口不能提供800mA电流,可采用图10所示的电路,在USB端口供电时,充电电流减小到500mA。

  在用插头式电源时,N管导通,RPROG=R1//R2,使RPROG值减小,IBAT=800mA用USB电源时,N管截止,RPROG=R2,IBAT=500mA。

  TIMER接VCC,由用户终止充电。

关键字:USB  电流  电压  功耗

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