LT3650-8.2/LT3650-8.4：高压2A双节锂离子电池充电器的卓越之选

在电子设备飞速发展的今天，电池充电器的性能直接影响着设备的使用体验和寿命。今天，我们就来深入了解一款高性能的双节锂离子电池充电器——LT3650-8.2/LT3650-8.4。

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一、产品概述

LT3650是一款完整的单芯片、中功率锂离子电池充电器，专为高输入电压应用而设计，仅需极少的外部组件。它采用1MHz恒定频率、平均电流模式降压架构，内置一个由自举电源驱动的2A开关，可在充电周期内实现高效率。输入电压范围为9V至32V，能满足多种应用场景的需求。

二、核心特性剖析

（一）电压范围与电流控制

• 宽输入电压范围：支持9V至32V的输入电压（绝对最大40V），启动电压最低为11.5V，适用于多种电源环境。
• 可编程充电电流：最大充电电流可通过外部电感电流检测电阻进行编程，最高可达2A，满足不同电池的充电需求。
• 输入电流限制：具备系统输入电源电流限制控制功能，可根据系统负载需求自动调整电池充电电流，确保系统稳定运行。

（二）充电终止与管理

• 终止方式可选：支持C/10充电电流终止和内置终止定时器两种方式。C/10终止方式在充电电流降至编程最大电流的十分之一时结束充电；定时器终止方式可通过连接电容到TIMER引脚来设置充电周期时间，典型值为3小时。
• 自动充电与预处理：当电池电压降至浮动电压的97.5%时，自动重启充电；当电池电压低于浮动电压的70%时，自动进入预处理模式，以较低电流对电池进行涓流充电。
• 坏电池检测：具备坏电池检测功能，若电池在预处理模式下超过设定时间仍未达到预处理阈值电压，将触发系统故障，暂停充电，并通过FAULT引脚发出信号。

（三）其他特性

• 高精度控制：浮动电压精度达0.5%，充电电流精度达5%，C/10检测精度达2.5%，确保电池充电的准确性和安全性。
• 温度监测：通过连接NTC热敏电阻到NTC引脚，可实时监测电池温度。当电池温度超出安全充电范围（0°C至40°C）时，暂停充电，并通过CHRG和FAULT引脚发出信号。
• 软启动功能：RNG/SS引脚支持软启动功能，可通过连接电容实现充电电流从0线性上升至编程值，减少充电时的电流冲击。

三、关键参数解读

（一）绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。LT3650的VIN最大为40V，其他引脚也有相应的电压和电流限制，如SHDN、CHRG、FAULT引脚电压最大为VIN + 0.5V等。在设计时，务必确保各引脚的电压和电流不超过这些限制值，以免造成器件损坏。

（二）电气特性

• 输入电压与电流：VIN工作范围为9V至32V，启动电压为11.5V；在不同工作模式下，输入电源电流有所不同，如CC/CV模式、待机模式和关机模式等。
• 电池相关参数：LT3650-8.2的电池浮动电压典型值为8.2V，LT3650-8.4为8.4V；电池预处理阈值电压分别为5.65V和5.80V等。
• 开关与驱动参数：开关导通电压降典型值为350mV，开关电流限制为2.5A；BOOST引脚的电源电流和开关驱动电流等也有明确的参数规定。

四、引脚功能详解

（一）VIN（引脚1）

充电器输入电源引脚，工作范围为9V至32V，启动时需VIN ≥ 11.5V或 (VBOOST - VSW) > 2V。充电终止后，VIN引脚电流降至85µA。

（二）CLP（引脚2）

系统电流限制输入引脚。通过将输入电源连接到CLP引脚，并在CLP引脚与VIN引脚之间连接一个检测电阻，可监测系统电流。当VCLP - VIN = 50mV时，系统负载达到最大值。若不需要此功能，可将CLP引脚连接到VIN引脚。

（三）SHDN（引脚3）

精密阈值关机引脚。使能阈值为1.225V（上升沿），具有120mV的输入迟滞。当引脚电压低于0.4V时，IC进入低电流关机模式，VIN引脚电流降至15µA。若不需要关机功能，可将该引脚连接到VIN引脚。

（四）CHRG（引脚4）

集电极开路充电器状态输出引脚，通常通过电阻上拉到参考电压。在电池充电周期中，该引脚被拉低；充电周期结束后，引脚变为高阻抗。当使用内部定时器终止充电时，引脚在充电周期内保持低电平，直到充电电流降至C/10以下。

（五）FAULT（引脚5）

集电极开路故障状态输出引脚，同样通过电阻上拉到参考电压。该引脚用于指示充电周期中的故障条件，如温度故障或坏电池故障。正常情况下，引脚保持高阻抗。

（六）TIMER（引脚6）

充电周期结束定时器编程引脚。若需要基于定时器的充电终止方式，可将电容连接到该引脚与地之间。通过设置电容值，可编程充电周期结束时间。若不需要定时器功能，将该引脚连接到地即可，此时充电将在充电电流降至C/10以下时终止。

（七）RNG/SS（引脚7）

充电电流编程引脚，支持动态调整最大充电电流和软启动功能。通过设置该引脚上的电压，可调整最大充电电流；连接电容到该引脚与地之间，可实现软启动。在故障条件下，该引脚被拉低，便于故障恢复。

（八）NTC（引脚8）

电池温度监测引脚。通过连接10kΩ、B = 3380的NTC热敏电阻到该引脚与地之间，可监测电池温度。当引脚电压高于1.36V（T < 0°C）或低于0.29V（T > 40°C）时，充电暂停，并通过CHRG和FAULT引脚发出信号。

（九）BAT（引脚9）

电池电压监测引脚。需连接10µF去耦电容到该引脚与地之间。当BAT引脚电压降至浮动电压的97.5%以下时，自动重启充电。充电周期结束后，该引脚的输入偏置电流降至 < 0.1µA，以减少电池放电。

（十）SENSE（引脚10）

充电电流检测引脚。将电感检测电阻的正极连接到该引脚，负极连接到BAT引脚。检测电阻上的电压决定平均充电电流，最大平均充电电流对应检测电阻上的100mV电压降。充电周期结束后，该引脚的输入偏置电流降至 < 0.1µA。

（十一）BOOST（引脚11）

开关驱动的自举电源引脚。连接1µF或更大的电容到该引脚与SW引脚之间，工作范围为0V至8.5V（相对于SW引脚）。通过整流二极管刷新去耦电容上的电压。

（十二）SW（引脚12）

开关输出引脚，对应开关晶体管的发射极。开关导通时，将SW引脚短路到VIN电源。通过BOOST引脚提供的自举电源，可使开关晶体管饱和，提高充电效率。

（十三）SGND（引脚13）

接地参考和背面暴露引线框架的热连接引脚。需将暴露的引线框架焊接到PCB接地平面，以提高散热性能。

五、应用设计要点

（一）输入电源与电容选择

• VIN输入电源：LT3650直接从VIN引脚获取偏置电源，因此建议使用高质量、低ESR的去耦电容，以减少VIN引脚上的电压毛刺。去耦电容CIN需能够吸收充电器中的所有输入开关纹波电流，其RMS纹波电流可通过公式计算，在VIN = 2 • VBAT时达到最大值。此外，还需根据所需的输入纹波电压选择合适的大容量电容。
• BOOST电源：BOOST引脚的自举电源用于驱动内部开关，需连接1µF或更大的电容到SW引脚。通过二极管刷新电容上的电压，二极管的平均电流额定值应大于0.1A，反向电压应大于VIN(MAX)。

（二）输出去耦与元件选择

• VBAT输出去耦：充电器输出需在BAT引脚与地之间连接旁路电容，一般应用中需使用10µF陶瓷电容。在电池可从充电器输出断开的系统中，可能需要额外的旁路电容，以指示无电池状态或满足系统负载需求。
• RSENSE充电电流编程：通过选择合适的电感检测电阻RSENSE，可设置最大充电电流。最大充电电流对应检测电阻上的100mV电压降，例如2A充电器可使用0.05Ω的检测电阻。
• 电感选择：电感值的选择主要考虑电感中的纹波电流。可根据所需的纹波电流、VBAT和VIN(MAX)等参数计算电感值，通常纹波电流设置在IMAX的25%至35%之间。同时，电感的饱和电流额定值应大于或等于(1 + ΔIMAX / 2) • IMAX，RMS额定值应大于IMAX。
• 整流二极管选择：整流二极管用于在主电源开关关闭时为电感电流提供通路，应选择肖特基二极管，以降低正向电压，减少功率损耗。二极管的反向电压额定值应大于最大VIN电压，平均电流额定值可根据公式计算。

（三）系统电流限制与动态调整

• CLP系统电流限制：LT3650具备PowerPath控制功能，可根据系统负载调整输出电流。通过选择合适的检测电阻RCLP，可设置最大输入电源电流。当总体输入电源电流超过编程最大值时，充电器会自动调整输出电流。
• RNG/SS动态充电电流调整：通过RNG/SS引脚可动态调整最大充电电流。该引脚上的电压对应检测电阻上最大电压的10倍，默认最大检测电压为100mV。通过连接电阻到地，可设置电流控制电压，从而调整最大充电电流。此外，该引脚还支持软启动功能，通过连接电容到地，可实现充电电流的线性上升。

（四）状态引脚与终止方式

• 状态引脚：CHRG和FAULT引脚为集电极开路输出，用于报告充电器状态。CHRG引脚指示充电器是否以大于C/10的速率输出电流，FAULT引脚指示坏电池和NTC故障。根据这两个引脚的状态组合，可判断充电器的工作状态。
• C/10终止：将TIMER引脚接地，可启用C/10终止方式。当充电电流降至编程最大电流的十分之一时，充电结束，充电器进入待机模式。
• 定时器终止：连接电容到TIMER引脚与地之间，可启用定时器终止方式。定时器周期结束时间可根据电容值进行编程，典型值为3小时。在定时器终止方式下，充电器会继续对电池进行涓流充电，直到定时器周期结束。

（五）预处理、温度监测与热保护

• 预处理与坏电池检测：当BAT引脚电压低于预处理阈值时，充电器进入预处理模式，充电电流限制为编程IMAX的15%。当使用内部定时器终止充电时，若电池在预处理模式下超过设定时间仍未达到预处理阈值电压，将触发坏电池故障，暂停充电，并通过FAULT引脚发出信号。
• 电池温度监测：通过连接NTC热敏电阻到NTC引脚与地之间，可监测电池温度。当电池温度超出安全充电范围时，充电暂停，定时器计数也会暂停。当温度恢复正常后，充电继续。
• 热保护：LT3650具备热折返保护功能，当IC结温接近125°C时，会降低最大充电器输出电流，以避免过热损坏。

（六）布局注意事项

• 减少噪声干扰：为了减少高频噪声，应尽量缩短开关节点（Pin SW）的走线长度，并将输入电容靠近IC放置。BOOST去耦电容也应靠近IC，以减少电感振铃。同时，建议将SENSE和BAT走线一起布线，并尽量缩短长度，可使用接地屏蔽来隔离开关噪声。
• 隔离高电流路径：高电流路径和瞬态信号应与电池接地隔离，以确保输出电压参考的准确性。通过合理的元件布局和方向设计，可有效引导高电流，避免电池参考受到干扰。
• 散热设计：LT3650的封装背面有暴露的焊盘，应将其焊接到PCB上的铜箔区域，以提高散热性能。铜箔区域应尽量大，以降低IC外壳到环境空气的热阻。

六、典型应用案例

（一）12V至32V 2A充电器（C/10终止）

该应用采用C/10终止方式，使用双LT6004提供热折返功能，当温度高于35°C时，可降低最大充电电流，保护电池和充电器。

（二）12V至32V 2A充电器（三小时EOC终止，可移除电池组）

该应用采用三小时EOC终止方式，可移除电池组。当12V < VIN < 20V时，通过RNG/SS引脚降低最大充电电流；输入UVLO为10V，NTC温度范围扩展到+45°C。充电器在无电池连接时，可提供高达最大充电电流的负载。

（三）12V至32V 1.5A PowerPath充电器（C/10终止，1A输入电源限制）

该应用采用C/10终止方式，输入电源限制为1A，通过状态引脚使用LED指示灯，可直观显示充电器的工作状态。

七、总结与展望

LT3650-8.2/LT3650-8.4以其宽输入电压范围、高精度控制、灵活的充电终止方式和丰富的保护功能，为双节锂离子电池充电提供了高性能的解决方案。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择元件参数，注意布局设计，以充分发挥其性能优势。随着电子技术的不断发展，相信类似的高性能充电器将会在更多领域得到广泛应用，为电子设备的发展提供有力支持。

各位工程师朋友们，你们在使用类似充电器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。