锂离子电池充电器LTC4062及其应用

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及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时，LED灭。到3小时定时时间充电结束。
  

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

图9 采用插头式电源或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。