探索ADI LTC4126 - ADJ：无线充电与电源转换的卓越之选

在电子设备日益小型化和智能化的今天，对于高效、可靠的电源管理解决方案的需求愈发迫切。ADI公司的LTC4126 - ADJ无线锂离子充电器，凭借其独特的功能和出色的性能，成为了众多低功耗设备的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

文件下载：LTC4126-ADJ.pdf

一、产品概述

LTC4126 - ADJ是一款集成了降压DC/DC转换器的低功耗无线单节锂离子电池充电器。它不仅能够实现无线充电功能，还能为设备提供稳定的1.2V输出，非常适合为助听器ASIC等设备供电。该产品具有以下显著特点：

• 无线充电功能：通过外部并联谐振LC谐振电路，可从发射线圈产生的交变磁场中无线接收功率。
• 可编程充电电流：充电电流可通过外部电阻在1mA至50mA之间进行编程，灵活性高。
• 宽频接收频率：支持DC至>10MHz的宽频接收频率。
• 集成整流器与过压保护：集成整流器并具备过压限制功能，保障充电安全。
• 多模式DC/DC转换器：采用低噪声多模式电荷泵DC/DC转换器，开关频率可设置为50kHz或75kHz，避免产生可听噪声。

二、产品特性详解

2.1 充电特性

• 充电电流可编程：通过在PROG引脚连接一个1%精度的电阻RPROG，可根据公式 (R{PROG }=frac{100 cdot 1.1 V}{I{CHG}}-2.2 k Omega) 来编程充电电流。最小和最大允许电阻分别为0Ω和107kΩ。
• 充电电压与终止：最终充电电压为4.2V，当VCC引脚电压比BAT引脚电压高80mV（典型值）时，充电器开始尝试充电并启动新的充电周期。同时，一个6小时的充电终止定时器开始计时，当定时器到期时，充电完全停止。
• 自动充电：充电终止后，若电池电压降至VRECHRG（典型值为充电电压的97.5%）以下，将自动开始新的充电周期。
• 电池故障检测：如果在6小时的完整充电周期结束后，电池未能达到VRECHRG以上的电压，则判定电池有故障，CHRG引脚的LED将快速闪烁（典型值为4.58Hz）。

2.2 温度保护

LTC4126 - ADJ通过NTC热敏电阻监测电池温度。当电池温度超出安全充电范围时，IC将暂停充电，并通过CHRG引脚和STAT引脚发出故障信号。安全充电范围由两个比较器（Too Hot和Too Cold）监控NTC引脚电压来确定，上升阈值和下降阈值分别设置为VCC的76.5%和34.9%，并带有1.5%的滞后。

2.3 DC/DC转换器

• 多模式操作：根据电池电压，电荷泵DC/DC转换器有三种工作模式。当 (V_{BAT}>3.6V) 时，工作在3:1降压模式（模式1），提供稳定的1.2V输出；当电池电压在3.6V至3.3V之间时，仍处于3:1降压模式，但无法维持1.2V调节，输出为电池电压的三分之一（仅在无负载时）；当电池电压低于3.3V时，切换到2:1降压模式（模式3），再次提供稳定的1.2V输出。
• 负载处理：在模式1或模式2下，如果输出端的大负载导致输出电压降至1.1V以下，转换器将自动切换到模式3，并尝试将输出调节到1.2V。转换器在模式3下保持110ms（典型值），然后返回之前的模式。
• 转换效率：不同模式下的理论最大效率不同。模式1下，当 (V{BAT}=4.2V) 时，理论最大效率为85.7%；当 (V{BAT}=3.6V) 时，为100%。模式3下，当 (V{BAT}=3.3V) 时，理论最大效率为72.7%；当 (V{BAT}=3.0V) 时，为80%。

三、引脚功能

• NTC（引脚1）：热敏电阻输入引脚，用于监测电池温度。若不需要温度限定充电功能，可将该引脚接地。
• EN（引脚2）：数字逻辑输入引脚，用于启用DC/DC转换器。当电压不低于1.1V时，在LTC4126 - ADJ不在电池断开模式下时可启用调节器；低电压（最大0.4V）则禁用调节器，并允许通过按钮控制。
• PBEN（引脚3）：按钮切换输入引脚，用于启用/禁用DC/DC转换器。只有在LTC4126 - ADJ不在电池断开模式下时，调节器才能启用。
• PROG（引脚4）：充电电流编程引脚，通过连接电阻RPROG来设置充电电流。
• ACPR（引脚5）：数字CMOS逻辑输出引脚，用于指示是否有足够的输入功率来为电池充电。
• CHRG（引脚6）：开漏充电状态输出引脚，可通过电阻和/或LED上拉，以指示电池充电器的状态。
• ACIN（引脚7）：交流输入电压引脚，连接外部LC谐振电路。不使用时，应将该引脚接地。
• BAT（引脚8）：电池连接引脚，连接单节锂离子电池。有足够输入功率时，电池将通过该引脚充电，同时DC/DC转换器也通过该引脚从电池获取电源。
• STAT2（引脚9）、STAT1（引脚10）：数字CMOS逻辑状态输出引脚，与ACPR一起指示各种充电状态和故障条件。当无输入功率且DC/DC转换器启用时，这些引脚指示电池电压水平。
• VCC（引脚11）：直流输入电压引脚，内部二极管连接ACIN引脚（阳极）和该引脚（阴极）。当ACIN引脚有交流电压时，该引脚电压为整流后的交流电压；不使用ACIN引脚时，可连接直流电压源为LTC4126 - ADJ供电并为电池充电。
• OUT（引脚12）：DC/DC转换器输出引脚，提供1.2V电压为助听器ASIC等设备供电。
• GND（暴露焊盘引脚13）：接地引脚，封装背面的暴露焊盘必须焊接到PCB接地，以实现低电阻电气连接和最佳热性能。

四、应用场景

4.1 助听器

LTC4126 - ADJ的小封装和低功耗特性使其非常适合用于助听器。其无线充电功能避免了传统充电方式的不便，而稳定的1.2V输出能够为助听器ASIC提供可靠的电源。

4.2 低功耗锂离子供电设备

如无线耳机、物联网可穿戴设备等，这些设备通常对功耗和体积有较高要求。LTC4126 - ADJ的可编程充电电流和高效的DC/DC转换器能够满足这些设备的需求。

五、设计要点

5.1 无线功率传输

在无线功率传输系统中，通过将LC谐振电路连接到ACIN引脚并调谐到与发射线圈交流电流频率相同的频率，可以提高空气间隙上的功率传输范围。同时，选择具有良好品质因数的收发线圈和低ESR、低热系数的电容器，有助于提高整体功率传输效率。

5.2 发射功率选择

发射功率应尽可能设置得低，以在最坏情况下的耦合条件下获得所需的输出功率。同时，需要确保在最佳耦合条件下，LTC4126 - ADJ的温度不会过高，并且ACIN引脚的最大负电压不超过16V。

5.3 元件选择

为确保LTC4126 - ADJ的最佳性能，应使用推荐的元件。对于收发线圈，应选择具有良好品质因数的产品；对于电容器，应使用C0G陶瓷等低ESR和低热系数的类型。

5.4 PCB布局

LTC4126 - ADJ封装的暴露焊盘是唯一的接地引脚，必须焊接到PCB接地，以实现良好的电气连接。为了实现最佳热性能，应在暴露焊盘下方设置一组过孔，直接连接到内部接地平面，并尽量使接地平面靠近PCB的顶层。

六、总结

ADI的LTC4126 - ADJ无线锂离子充电器为低功耗设备提供了一种高效、可靠的电源管理解决方案。其丰富的功能和出色的性能使其在助听器、无线耳机、物联网可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。在设计过程中，我们需要充分考虑无线功率传输、发射功率选择、元件选择和PCB布局等要点，以确保设备的性能和稳定性。你在使用类似的无线充电和电源转换产品时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。