使用可防止过热的单片充电器缩短锂离子电池充电时间

LTC®4054 是一款具有一个内部功率 MOSFET 的恒定电流 / 恒定电压线性电池充电器，采用纤巧型 ThinSOT 封装。大多数线性充电器都有暂时、过度功耗和可能过热的风险，但 LTC4054 采用内部热反馈来调节充电电流并将芯片温度限制在 120°C。 此功能允许设计人员将 LTC4054 设置为更高的充电电流，同时保证 LTC4054 不会过热并损坏自身或其他组件。本文介绍如何使用 LTC4054 来最大化热调节充电电流，从而缩短电池充电时间。

LTC4054 包括其他理想的特性，可节省空间并降低电路成本。由于其内部 MOSFET 架构，它不需要外部检测电阻器或阻塞二极管。自动充电终止功能允许 LTC4054 充当一个独立的锂离子电池充电器。充电状态输出引脚指示电池充电器的状态。它还包括欠压锁定保护、低电池电量调节、充电电流监控引脚和自动再充电。此外，LTC4054 能够采用一个 USB 电源工作。

散热注意事项

LTC4054 的热反馈环路通过在 IC 升温时自动减小充电电流，将管芯温度调节至约 120°C。因此，为了保持高充电电流 （并相应地缩短充电时间），必须有效地将热量从 LTC4054 传递出去。关键量是从芯片到印刷电路板再到环境空气的热阻（参见下面的“热阻计算”）。

LTC4054 封装的热阻取决于电路板布局。由于IC产生的大部分热量流经铜引线框架并流出封装引线（尤其是接地引线），因此电路板设计人员可以使用PCB铜作为散热器来改善热特性。通过将引线（特别是接地引线）焊接到扩展到更大铜区域的宽铜焊盘上，IC的热量将更容易散发到周围环境中。内部或背面铜接地层的馈通孔进一步提高了热阻。PCB布局时应考虑电路板上的其他散热源，因为它们会增加环境温度（T一个）并降低最大充电电流。

热阻计算

以下示例计算最大热阻 （θja） 允许在典型充电条件下以 800mA 为电池充电。热阻定义为在硅中给定一定功率耗散的情况下，环境结和硅结之间的稳态温度差。由于芯片上的大部分功耗来自内部MOSFET，因此功率计算为：

其中 IBAT 是充电电流，VCC 是 VCC 引脚电压，VBAT 是 BAT 引脚电压。在本例中，我们假设电池标称电压为3.7V，典型工作电压为5V，环境温度为25°C。

硅结温由以下公式计算：

TJ是结温和T一个是环境温度。只要功率耗散不能产生足够的热量以将结温提高到其热调节点 4054°C 以上，LTC120 就会以编程充电电流进行充电：

 

假设典型充电条件，以800mA充电需要小于91°C/W的热阻。如果热阻太大，LTC4054 会自动减小充电电流 （I.BAT）以保持120°C的恒定芯片温度。

800mA充电器电路

最大化充电电流的另一种方法是耗散外部元件中的部分功率，从而降低芯片上的功耗。图 1 示出了 LTC4054 如何利用很少的外部组件提供一个完整的独立式锂离子电池充电器解决方案。

图1.具有外部功耗的独立800mA锂离子电池充电器。

外部电阻器 Rcc 用于耗散充电器总功耗的 160mW，从而使 LTC4054 能够在较高的充电电流下进行热调节。由于功率耗散在也使用印刷电路板作为散热器的外部组件中，因此芯片的温度降低了。

当该电路编程为以800mA充电时，VCC引脚上的电压降至4.8V。当一个 3.7V 的标称电池电压和一个 25°C 的环境温度下，LTC4054 在以下情况下进入热调节状态（参见本文中的“热阻计算”）：

LTC4054 的热阻现在可以高达 108°C/W，然后热调节才会限制充电电流。

在外部元件中耗散功率是一种有用的技术，尤其是在使用高输入电源电压时。但是，设计人员应避免放弃 V抄送引脚电压低到足以使 LTC4054 进入压差状态，这可能会增加在恒定电压模式下充电所花费的时间。当内部 MOSFET 两端的电压降至足够低以导致 FET 进入线性区域时，就会发生这种情况。只要满足以下条件，晶体管就不会进入线性区域：

R型DS（ON）LTC4054 FET 的标称值为 600mΩ。由于锂离子电池电压通常不超过 4.2V，因此，只要 V抄送引脚保持在 4.68V 以上。

结论

LTC®4054 独立锂离子电池充电器提供了一种简单、紧凑的解决方案，用于利用极少的外部组件为单节锂离子电池充电。其热调节功能使设计人员无需过度设计热，最大限度地提高充电电流并缩短充电时间。

审核编辑：郭婷