深入解析LTC4126：低功耗无线单节锂离子电池充电器

引言

在当今的电子设备中，无线充电技术和低功耗设计变得越来越重要。LTC4126作为一款低功耗无线单节锂离子电池充电器，集成了降压DC/DC调节器，为众多应用提供了高效、可靠的电源解决方案。本文将详细介绍LTC4126的特性、应用、工作原理以及设计要点，帮助电子工程师更好地了解和使用这款产品。

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产品概述

特性亮点

• 无线充电与高效转换：LTC4126不仅具备无线锂离子电池充电功能，还集成了高效的多模式电荷泵DC/DC转换器。其宽带接收频率范围从DC到>10MHz，能够适应不同的无线充电环境。
• 灵活的充电参数设置：通过引脚可选择4.2V或4.35V的充电电压，固定充电电流为7.5mA，满足不同电池的充电需求。同时，具备低电池断开功能，当电池电压低于3.0V时，自动断开电池与负载的连接，保护电池。
• 温度监控与安全保障：配备NTC引脚，可实现温度合格充电，确保电池在安全的温度范围内充电。此外，还具备自动充电、安全定时器自动终止充电等功能，提高充电的安全性和可靠性。
• 低噪声与小尺寸封装：DC/DC调节器采用低噪声多模式电荷泵，开关频率设置为50kHz或75kHz，避免了可听噪声的产生。采用12引脚2mm×2mm LQFN封装，尺寸小巧，适合对空间要求较高的应用。

应用领域

LTC4126适用于多种低功耗设备，如助听器、低功耗锂离子供电设备、无线耳机和物联网可穿戴设备等。其小巧的尺寸和高效的性能，能够满足这些设备对电源的严格要求。

工作原理

AC电源控制器

LTC4126位于无线充电系统的接收端，通过连接到ACIN引脚的外部并联谐振LC tank，从发射线圈产生的交变磁场中无线接收功率。整流和输入功率控制电路对ACIN引脚的交流电压进行整流，并将整流后的电压调节到VCC引脚，使其低于VCC(HIGH)（典型值为5.5V）。此外，该芯片也可以通过直接连接DC电压源到VCC引脚来供电，此时需将ACIN引脚接地。

电池充电器

LTC4126采用全功能的恒流（CC）/恒压（CV）线性电池充电器，具备自动充电、安全定时器自动终止充电、坏电池检测和温度范围外充电暂停等功能。充电电流固定为7.5mA，最终充电电压可通过VSEL引脚选择4.2V或4.35V。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。在充电过程中，当VCC - BAT差分电压高于154mV（典型值）时，充电器进入恒流模式，以7.5mA的额定电流充电；当BAT引脚接近最终充电电压时，进入恒压模式，充电电流逐渐下降。充电结束后，充电器停止工作，CHRG引脚的LED停止闪烁并变为下拉状态。

DC/DC转换器

LTC4126的DC/DC转换器是一款专有的低噪声多模式电荷泵，可通过向EN引脚施加最小1.1V的电压或按下按钮来开启。转换器可以与充电器同时工作，开关频率根据工作模式设置为50kHz或75kHz，以避免开关噪声进入音频频段。根据电池电压的不同，转换器有三种工作模式：

• 3:1降压模式（Mode 1）：当VBAT > 3.6V时，转换器工作在3:1降压模式，提供稳定的1.2V输出，最大输出电流约为65mA。
• 3:1降压模式（Mode 2）：当电池电压在3.6V至3.3V之间时，转换器仍工作在3:1降压模式，但无法维持1.2V的调节，输出电压为电池电压的三分之一（仅在无负载时）。
• 2:1降压模式（Mode 3）：当电池电压低于3.3V时，转换器切换到2:1降压模式，再次提供稳定的1.2V输出，最大输出电流随电池电压下降，但不低于约35mA。

设计要点

无线功率传输

在无线功率传输系统中，功率通过交变磁场传输。发射线圈中的交流电流产生磁场，接收线圈置于该磁场中时，会感应出交流电流。LTC4126内部的二极管对ACIN引脚的交流电压进行整流。为了提高功率传输范围，可以通过连接一个与发射线圈交流电流频率相同的LC tank到ACIN引脚来实现共振。

发射器和接收器设计

在设计发射器和接收器时，需要选择合适的组件，以确保系统的性能和效率。对于接收器，应选择具有良好品质因数的接收线圈和低ESR、低热系数的电容器；对于发射器，应选择合适的MOSFET、振荡器和电容器。同时，需要根据系统的要求设置驱动频率和LC tank的参数，以实现最佳的功率传输效率。

温度合格充电

为了使用电池温度合格充电功能，需要在NTC引脚和GND之间连接一个NTC热敏电阻，并在VCC引脚和NTC引脚之间连接一个偏置电阻。通过调整偏置电阻的阻值，可以设置热/冷温度阈值。如果需要独立调整热和冷阈值，可以引入另一个电阻作为第二个自由度。

PCB布局考虑

由于LTC4126封装的暴露焊盘是唯一的接地引脚，并且是充电器和DC/DC转换器的返回路径，因此必须将其焊接到PCB接地层，以确保良好的电气连接。为了实现最佳的热性能，应在暴露焊盘下方设置一组过孔，直接连接到内部接地层。同时，接地层应尽可能靠近PCB的顶层，以减少寄生电感。

总结

LTC4126是一款功能强大、性能优越的低功耗无线单节锂离子电池充电器。其集成的降压DC/DC调节器、灵活的充电参数设置、温度监控和安全保障等功能，使其成为众多低功耗设备的理想选择。在设计过程中，需要根据具体应用的要求，合理选择组件、设置参数，并注意PCB布局，以确保系统的性能和可靠性。电子工程师在使用LTC4126时，应充分了解其工作原理和设计要点，以实现最佳的设计效果。你在实际应用中是否遇到过类似的无线充电设计问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。