LTC4075/LTC4075X：双输入USB/AC适配器独立锂离子电池充电器详解

在电子设备的设计中，电池充电管理是一个关键环节。今天我们要介绍的是Linear Technology公司的LTC4075/LTC4075X双输入USB/AC适配器独立锂离子电池充电器，它为单节锂离子电池充电提供了高效、灵活的解决方案。

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产品特性

电源输入与选择

• 双输入支持：能够从墙式适配器和USB输入为单节锂离子电池充电，具备自动输入电源检测和选择功能。当两个电源同时存在时，若DCIN输入有足够功率，默认选择墙式适配器供电。
• 充电电流可编程：从墙式适配器输入时，充电电流可编程高达950mA；从USB输入时，最大充电电流可达650mA。

  电路设计优势

• 无需外部元件：内部MOSFET架构使得充电时无需外部MOSFET、检测电阻或阻塞二极管，简化了电路设计。
• 热调节功能：内部热反馈可调节电池充电电流，在高功率操作或高环境温度条件下保持恒定的芯片温度，避免过热风险，同时最大化充电速率。

  充电控制与状态指示

• 精确的充电电压：预设充电电压精度为±0.6%，固定浮充电压为4.2V。
• 可编程充电电流终止：通过连接外部电阻到ITERM引脚，可设置充电电流终止阈值。
• 状态输出：具有独立的“电源存在”状态输出（PWR和USBPWR）和充电状态输出（CHRG），方便用户了解充电状态。

  低功耗设计

• 低待机电流：关机时USB待机电流仅18µA，DCIN输入在关机时电流为20µA，USBIN输入在关机且无DCIN供电时为18µA，当 (V{DCIN }>V{USBIN }) 时为10µA。

  封装形式

  采用热增强型、薄型（0.75mm）10引脚（3mm × 3mm）DFN封装，便于在空间受限的应用中使用。

应用领域

LTC4075/LTC4075X适用于多种便携式电子设备，如手机、手持电脑、便携式MP3播放器和数码相机等。

工作原理

电源源选择

LTC4075会自动感应每个输入的电压。当两个电源都存在时，若DCIN输入满足“足够功率”条件（供应电压大于UVLO阈值且比电池电压高50mV，上升时为180mV，下降时为50mV），则默认选择墙式适配器供电。通过PWR和USBPWR引脚的状态输出可指示所选电源。

充电电流编程与监测

• 墙式适配器充电电流：通过将一个电阻从IDC引脚连接到地来编程，计算公式为 (R{IDC}=frac{1000V}{I{CHRG - DC}}) ， (I{CHRG - DC}=frac{1000V}{R{IDC}}) 。
• USB充电电流：通过将一个电阻从IUSB引脚连接到地来编程，计算公式为 (R{IUSB}=frac{1000V}{I{CHRG - USB}}) ， (I{CHRG - USB}=frac{1000V}{R{IUSB}}) 。
• 监测充电电流：通过监测IDC或IUSB引脚电压，可使用公式 (I{BAT}=frac{V{IDC}}{R{IDC}} cdot 1000) （墙式适配器充电）或 (I{BAT}=frac{V{IUSB}}{R{IUSB}} cdot 1000) （USB供电充电）确定BAT引脚的充电电流。

充电终止编程

当恒压模式下充电电流降至编程的终止阈值以下时，充电周期终止。该阈值通过将外部电阻RITERM从ITERM引脚连接到地来设置，计算公式为 (R{ITERM}=frac{100V}{I{TERMINATE}}) ， (I{TERMINATE}=frac{100V}{R{ITERM}}) 。内部滤波比较器监测ITERM引脚，当ITERM引脚电压低于100mV且持续时间超过tTERMINATE（典型值1.5ms）时，充电终止。

低电池充电调节（涓流充电）

LTC4075在BAT引脚电压低于2.9V时，提供1/10的全充电电流给电池，直到BAT引脚电压回升到2.9V以上。而LTC4075X不具备涓流充电功能，当BAT引脚电压低于2.9V时直接输出全充电电流。

自动充电

在待机模式下，充电器通过一个具有6ms滤波时间（tRECHRG）的比较器监测电池电压。当电池电压降至4.1V以下（约对应80%-90%电池容量）时，自动重启充电周期，确保电池保持或接近充满状态。

手动关机

ENABLE引脚有一个2MΩ下拉电阻到地。当墙式适配器供电时，逻辑低电平使能充电器，逻辑高电平禁用；当USB输入供电时，逻辑高电平使能充电器，逻辑低电平禁用。

充电电流软启动和软停止

LTC4075包含软启动电路，在充电周期开始时，充电电流在250µs内从零线性上升到满量程电流；在充电器关机或自动终止时，内部电路在约30µs内将充电电流从满量程缓慢降至零，减少启动和关闭时对电源的瞬态电流负载。

状态指示

• 充电状态输出（CHRG）：下拉状态表示LTC4075处于充电周期，充电周期终止或充电器禁用时，引脚状态变为高阻抗，下拉状态可吸收高达10mA电流。
• 电源供应状态输出（PWR）：下拉状态表示DCIN或USBIN有电源，可驱动LED，无电源时引脚为高阻抗，下拉状态可吸收高达10mA电流。
• USB电源状态输出（USBPWR）：高阻抗状态表示LTC4075由USBIN输入供电，下拉状态表示充电器由DCIN供电或处于UVLO状态，下拉状态可吸收高达1mA电流。

热限制

内部热反馈回路在芯片温度试图超过预设值（约105°C）时，会降低编程的充电电流，保护LTC4075免受过温影响，允许用户在不损坏设备的情况下充分发挥电路板的功率处理能力。

应用信息

单充电电流编程电阻的使用

在墙式适配器充电电流和USB充电电流相同的应用中，可使用单个编程电阻设置两个充电电流。

稳定性考虑

• 恒压模式：连接电池到充电器输出时，恒压模式反馈回路无需补偿即可稳定。建议在BAT引脚使用1µF电容和1Ω串联电阻，以在电池断开时保持低纹波电压。
• 恒流模式：充电电流编程引脚（IDC或IUSB）处于反馈回路中，其稳定性受该引脚阻抗影响。无额外电容时，编程电阻值高达20k ((I_{CHRG}=50 ~mA)) 充电器仍稳定；增加电容会降低最大允许编程电阻值。

  功率耗散

  LTC4075在高功率条件下会自动降低充电电流，无需为最坏情况的功率耗散场景设计电路。功率耗散计算公式为 (P{D}=(V{IN}-V{BAT}) cdot I{BAT}) ，热反馈开始保护IC的近似环境温度为 (T{A}=105^{circ} C - P{D} cdot theta_{JA}) 。

  热考虑

  为在所有条件下提供最大充电电流，需将LTC4075封装背面的暴露金属焊盘正确焊接到PCB板接地。正确焊接到 (2500 ~mm^{2}) 双面1oz铜板时，热阻约为40°C/W；若未建立良好的热连接，热阻会远大于40°C/W。

  过压瞬态保护

  使用陶瓷电容旁路USBIN引脚或墙式适配器输入时需谨慎，热插拔USB或墙式适配器时会产生高电压瞬态。可在陶瓷电容串联一个1Ω电阻以降低网络的有效Q值，减少振铃；也可使用钽电容、OS-CON或电解电容代替陶瓷电容和电阻。必要时可添加6V瞬态抑制二极管或齐纳二极管进一步保护。

  反极性输入电压保护

  在需要保护输入电源引脚免受反极性电压影响的应用中，若电源电压足够高，可使用串联阻塞二极管；若需保持低电压降，可使用P沟道MOSFET。

相关产品

Linear Technology还提供了一系列相关的电池充电管理产品，如LTC3455、LTC4053等，它们在不同的应用场景中各有优势，可根据具体需求进行选择。

LTC4075/LTC4075X以其丰富的功能、高效的充电管理和良好的热性能，为单节锂离子电池充电提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求合理选择和使用该充电器，同时注意上述提到的各项设计要点，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似充电器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。