详解 LTC4096/LTC4096X 双输入独立锂离子电池充电器

在电子设备的设计中，电池充电器是一个关键的组件。今天要介绍的 LTC4096/LTC4096X 双输入独立锂离子电池充电器，具备诸多出色特性，能满足多种应用需求。

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一、特性亮点

1. 多输入充电

该充电器可从壁式适配器和 USB 输入对单节锂离子电池进行充电，并且能自动检测输入电源，其中直流输入具有充电优先级。这种双输入的设计，为设备充电提供了更多的灵活性。

2. 充电电流可编程

从壁式适配器输入时，充电电流可编程高达 1.2A。同时，直流和 USB 充电电流可独立编程，能根据不同的应用场景和电池需求进行灵活调整。

3. 高精度浮充电压

预设的浮充电压精度可达 ±0.6%，确保电池充电时的电压稳定，有效保护电池寿命。

4. 热调节功能

热调节功能可在不产生过热风险的情况下最大化充电速率。当芯片温度过高时，会自动调整充电电流，避免因过热对设备造成损坏。

5. 其他实用特性

还具备充电状态输出、自动再充电功能。在关机状态下，充电器的静态电流仅为 20µA，有效降低功耗。并且采用了热增强型、薄型（0.75mm）10 引脚（3mm × 3mm）DFN 封装，节省空间的同时，也有利于散热。

二、应用领域

LTC4096/LTC4096X 适用于多种便携式设备，如手机、MP3 播放器以及各种便携式手持设备等。这些设备通常对电池充电的效率、安全性和稳定性有较高要求，而该充电器正好能满足这些需求。

三、工作原理

1. 电源选择

充电器能够自动感应每个输入的电压情况。若两个电压源都存在，且直流输入（DCIN）有足够的电压，充电器将默认选择壁式适配器作为电源。“足够的电压”需满足两个条件：一是电源电压大于欠压锁定阈值；二是电源电压比电池电压高 30mV（上升时为 100mV 或 150mV，下降时为 30mV）。

2. 充电电流编程与监测

通过将单个电阻从 IDC 引脚连接到地，可以对壁式适配器提供的充电电流进行编程，公式为 (R{IDC}=frac{1000V}{I{CHRG(DC)}}) ，(I{CHRG(DC)}=frac{1000V}{R{IDC}}) 。同理，从 USB 电源的充电电流可通过将电阻从 IUSB 引脚连接到地进行编程，公式为 (R{IUSB}=frac{1000V}{I{CHRG(USB)}}) ，(I{CHRG(USB)}=frac{1000V}{R{IUSB}}) 。通过监测 IDC 或 IUSB 引脚的电压，可随时确定从 BAT 引脚输出的充电电流。

3. 充电终止编程

当在恒压模式下充电电流降至编程的终止阈值以下时，充电周期结束。该阈值通过将外部电阻 (R{ITERM}) 从 ITERM 引脚连接到地来设置，公式为 (R{ITERM}=frac{100V}{I{TERMINATE}}) ，(I{TERMINATE}=frac{100V}{R_{ITERM}}) 。内部过滤比较器会监测 ITERM 引脚，当该引脚电压低于 100mV 且持续时间超过 tTERMINATE（通常为 3ms）时，充电周期终止。

4. 低电量充电调节（涓流充电）

LTC4096 具备涓流充电功能，当 BAT 引脚电压低于 2.9V 时，充电器会以全充电电流的 1/10 为电池充电，直到 BAT 引脚电压升至 2.9V 以上。不过，LTC4096X 没有此功能。

5. 自动再充电

在待机模式下，充电器会监测电池电压。当电池电压降至 4.15V 以下（约为电池容量的 80% - 90%）时，充电周期会自动重启，确保电池保持或接近充满状态。

6. 状态指示

充电状态输出（CHRG）有下拉和高阻抗两种状态，下拉状态表示充电器正在充电，充电周期结束或充电器禁用时，引脚变为高阻抗。电源存在输出（PWR）也有两种状态，分别对应 DCIN/USBIN 电压和高阻抗，高阻抗状态表示 DCIN 或 USBIN 均无电压，充电器无法为电池充电。

四、应用注意事项

1. 手动关机

SUSP 引脚有一个 3.4MΩ 的下拉电阻到地。逻辑低电平使能充电器，逻辑高电平禁用充电器。关机时，DCIN 输入电流为 20µA，若 DCIN 无电源，USBIN 输入电流为 20µA；若 (V{DCIN}>V{USBIN}) ，USBIN 输入电流为 10µA。

2. 热限制

内部热反馈回路会在芯片温度超过约 115°C 时降低编程的充电电流，以保护芯片。若温度超过约 150°C，安全热关机电路会关闭充电器。

3. 稳定性考虑

在恒压模式下，只要电池连接到充电器输出，反馈回路就是稳定的。但建议在 BAT 引脚使用一个 4.7µF 电容和 1Ω 串联电阻，以降低电池断开时的纹波电压。在恒流模式下，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。

4. 功率耗散

设计电池充电器电路时，无需考虑最坏情况下的功率耗散，因为 LTC4096 会在高功率条件下自动降低充电电流。功率耗散可通过公式 (P{D}=(V{IN}-V{BAT})cdot I{BAT}) 计算，其中 (V{IN}) 为输入电源电压，(V{BAT}) 为电池电压，(I_{BAT}) 为充电电流。

5. 热考虑

为了在所有条件下提供最大充电电流，必须将 LTC4096 封装背面的暴露金属焊盘正确焊接到 PCB 板的接地层。正确焊接到 (2500mm^{2}) 双面 1oz 铜板时，热阻约为 40°C/W。

6. 过压瞬态保护

使用陶瓷电容对 USBIN 引脚或壁式适配器输入进行旁路时要谨慎，因为 USB 或壁式适配器热插拔时可能会产生高压瞬态。建议使用示波器检查 USBIN 和 DCIN 引脚的电压波形，确保过压瞬态已得到充分消除。

7. 反极性输入电压保护

在某些应用中，需要对输入电源引脚的反极性电压进行保护。可根据情况使用串联阻塞二极管或 P 沟道 MOSFET。

五、相关部件

文档中还列出了一系列相关的电子部件，如 LTC3455、LTC4053 等，它们在功能和应用上与 LTC4096/LTC4096X 有一定的关联，工程师在设计时可以根据具体需求进行选择。

LTC4096/LTC4096X 双输入独立锂离子电池充电器凭借其丰富的特性和灵活的应用方式，为电子设备的电池充电设计提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求和场景，合理运用其各项功能，并注意相关的应用注意事项，以确保充电器的性能和稳定性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎交流分享。