LTC1731-8.2/LTC1731-8.4：锂离子线性电池充电器控制器

在电子设备的设计中，电池充电器的设计至关重要，它关系到设备的性能、安全性和使用寿命。今天，我们要深入探讨 Linear Technology 公司推出的 LTC1731-8.2/LTC1731-8.4 锂离子线性电池充电器控制器，这款产品在电池充电领域具有诸多独特的优势。

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一、产品概述

LTC1731-8.2/LTC1731-8.4 是 Linear Technology 公司推出的用于 2 节锂离子（Li - Ion）电池的完整恒流/恒压线性充电器控制器。它也能通过外部终止方式对镍镉（NiCd）和镍氢（NiMH）电池进行恒流充电。该产品具有 1%的电压精度，可实现精确的电池充电控制，同时具备可编程的充电电流、C/10 充电电流检测输出、可编程的充电终止定时器等功能。其采用节省空间的 8 引脚 MSOP 封装，并且在移除输入电源时会自动进入睡眠模式，电池漏电流仅为 15µA，还能对低电压电池进行自动涓流充电，也可编程为仅恒流模式。

二、产品特性

（一）高精度充电控制

• 电压精度高：内部电阻分压器和精密基准可将最终浮充电位设置为 1%的精度，输出浮充电压内部设定为 8.2V（LTC1731 - 8.2）或 8.4V（LTC1731 - 8.4），能为电池提供精准的充电电压，延长电池使用寿命。
• 电流精度有保障：外部检测电阻可将充电电流设置为 7%的精度，确保充电电流的准确性。

（二）多种充电模式

• 涓流充电：当电池电压低于 4.95V 时，充电器自动进入涓流充电模式，涓流充电电流为编程电流的 10%，可对深度放电的电池进行安全充电。
• 恒流充电：当电池电压上升到 4.95V 以上，充电器进入快速恒流充电模式，充电电流由 (R{SENSE}) 和 (R{PROG}) 共同设定。
• 恒压充电：当电池接近最终浮充电压时，充电电流开始减小，进入恒压充电阶段，保证电池充满电。

（三）智能功能

• C/10 充电电流检测：当充电电流降至满量程电流的 10%时，内部比较器会关闭 CHRG 引脚的 N 沟道 MOSFET，并连接一个弱电流源到地，指示接近充电结束（C/10）状态。
• 可编程充电终止定时器：通过 TIMER 引脚的外部电容可设置总充电时间，超时后充电周期终止，CHRG 引脚变为高阻抗状态。
• 自动睡眠模式：当输入电源移除时，充电器自动进入低电流睡眠模式，电池漏电流典型值为 15µA，大大降低了电池的自放电。

（四）封装形式

提供 8 引脚 MSOP 和 SO 封装，节省电路板空间，适合小型化设备的设计。

三、应用场景

（一）消费电子

• 手机：如智能手机、功能手机等，为其 2 节锂离子电池提供安全、高效的充电解决方案，满足用户对手机续航和充电速度的需求。
• 手持电脑：包括平板电脑、掌上游戏机等设备，保证电池的快速、稳定充电，提高设备的使用效率。

（二）充电设备

• 充电座和托架：可用于各种电子设备的充电座和托架中，实现对 2 节锂离子电池的充电控制。
• 可编程电流源：可作为可编程电流源使用，为其他需要精确电流控制的设备提供电源。

四、电气特性

（一）输入输出参数

• 输入电源电压（(V_{CC})）：范围为 8.8V - 12V，在该电压范围内，充电器能正常工作。
• 输入电源电流（(I_{CC})）：充电开启且处于电流模式时，典型值为 1mA，最大值为 3mA；关机模式下，典型值为 1mA，最大值为 2mA；睡眠模式下，电池漏电流典型值为 15µA，最大值为 30µA。
• 调节输出电压（(V_{BAT})）：LTC1731 - 8.2 在 9V ≤ (V_{CC}) ≤ 12V 时，输出电压范围为 8.118V - 8.282V；LTC1731 - 8.4 在相同条件下，输出电压范围为 8.316V - 8.484V。

（二）充电电流参数

• 电流模式充电电流（(I_{BAT})）：通过不同的 (R{PROG}) 和 (R{SENSE}) 组合可设置不同的充电电流，例如当 (R{PROG}=19.6k)，(R{SENSE}=0.2Ω) 时，充电电流典型值为 500mA。
• 涓流充电电流（(I_{TRIKL})）：当 (V{BAT}=4V)，(R{PROG}=19.6k) 时，涓流充电电流典型值为 50mA，范围为 30mA - 100mA。

五、引脚功能

（一）BAT（引脚 1）

电池检测输入引脚，需要至少 10µF 的旁路电容，以在电池未连接时保持环路稳定。内部精密电阻分压器设置该引脚上的最终浮充电位，睡眠模式下电阻分压器断开。

（二）CHRG（引脚 2）

开漏充电状态输出引脚。充电时，该引脚被内部 N 沟道 MOSFET 拉低；当充电电流降至满量程电流的 10%并持续至少 0.32 秒时，N 沟道 MOSFET 关闭，连接一个 100pA 电流源到地；定时器超时或移除输入电源时，电流源断开，CHRG 引脚变为高阻抗状态。

（三）TIMER（引脚 3）

定时器电容和恒压模式禁用输入引脚。连接到该引脚的电容 (C{TIMER}) 可设置 30 小时/µF 的充电终止时间。将该引脚连接到 (V{CC}) 可禁用恒压模式和定时器，使 IC 仅工作在恒流模式；将该引脚短接到 GND 可禁用内部定时器和 C/10 功能。

（四）GND（引脚 4）

接地引脚。

（五）PROG（引脚 5）

充电电流编程和关机输入引脚。通过连接一个电阻 (R{PROG}) 到地来编程充电电流，充电电流计算公式为 (I{BAT}=(V{PROG} cdot 800Ω)/(R{PROG} cdot R_{SENSE}))。将该引脚浮空，内部 2.5µA 电流源会将其拉高至 2.457V 以上的关机阈值电压，使 IC 进入关机模式。

（六）DRV（引脚 6）

用于 P 沟道 MOSFET 或 PNP 晶体管的驱动输出引脚。该引脚内部钳位在 (V_{CC}) 以下 6.5V，可使用栅源击穿电压额定为 8V 的低压 P 沟道 MOSFET。

（七）(V_{CC})（引脚 7）

输入电源电压引脚，充电时 (V{CC}) 范围为 8.8V - 12V。当 (V{CC}) 降至 (V{BAT}+54mV) 以下（如移除输入电源），IC 进入睡眠模式，(I{CC}<30µA)。该引脚需用 1µF 电容旁路。

（八）SENSE（引脚 8）

电流检测输入引脚，连接到检测电阻。检测电阻值可通过公式 (R{SENSE}=(V{PROG} cdot 800Ω)/(R{PROG} cdot I{BAT})) 计算。

六、应用信息

（一）充电器状态判断

充电器在以下任何条件存在时关闭：(V{CC}) 引脚电压低于 8.2V、压差（(V{CC}-V{BAT})）小于 54mV、PROG 引脚浮空或定时器结束。此时 DRV 引脚被拉到 (V{CC})，内部电阻分压器断开，以减少电池的电流消耗。

（二）欠压锁定（UVLO）

内部欠压锁定电路监控输入电压，当 (V{CC}) 低于 8.2V 时，充电器处于关机模式。为防止在 (V{CC}=8.2V) 附近振荡，UVLO 电路具有内置迟滞。

（三）涓流充电和电池故障检测

充电开始时，若电池电压低于 4.95V，充电器进入涓流充电模式，充电电流降至满量程电流的 10%。若低电池电压持续总充电时间的四分之一，电池被认为有故障，充电终止，CHRG 引脚输出变为高阻抗状态。

（四）关机操作

将 PROG 引脚浮空，内部 2.5µA 电流源将其拉高至 2.457V 以上的关机阈值电压，可使充电器进入关机模式。此时 DRV 引脚被拉高，关闭外部 P 沟道 MOSFET，内部定时器复位。

（五）充电电流编程

电池充电电流公式为 (I{BAT}=(2.457V / R{PROG})(800Ω / R{SENSE}))，其中 (R{PROG}) 是从 PROG 引脚到地的总电阻。为保证温度和时间稳定性，建议使用 1%精度的电阻。

（六）定时器编程

可编程定时器用于终止充电，总充电时间公式为 (Time (Hours) =(3 Hours)(C{TIMER} / 0.1µF))。定时器在输入电压大于 8.2V 且编程电阻连接到地时开始计时，超时后 CHRG 输出变为高阻抗，指示充电周期结束。将 TIMER 引脚连接到 (V{CC}) 可禁用定时器并使充电器进入恒流模式；将 TIMER 引脚短接到 GND 可仅禁用定时器功能。

（七）CHRG 状态输出引脚

充电开始时，CHRG 引脚被内部 N 沟道 MOSFET 拉低，可驱动 LED 指示充电状态。当充电电流降至满量程电流的 10%（C/10）时，N 沟道 MOSFET 关闭，连接一个 100µA 电流源到地。定时器超时后，CHRG 引脚变为高阻抗，指示充电周期结束。通过使用两个不同阻值的上拉电阻，微处理器可从该引脚检测三种状态：充电、C/10 和充电停止。

（八）充电结束（C/10）检测

LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 包含一个比较器，用于监控充电电流以检测接近充电结束的状态。该比较器不终止充电周期，但提供输出信号指示接近充满电状态，充电周期由定时器终止。当电池电流降至满量程的 10%以下时，比较器触发，关闭 CHRG 引脚的 N 沟道 MOSFET，并切换到 100µA 电流源到地。经过 320ms 的内部延时后，该状态被锁存，可防止因瞬态电流导致的误触发。涓流充电模式下，充电结束比较器禁用。

（九）栅极驱动

通常，LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 驱动外部 P 沟道 MOSFET 为电池供电，DRV 引脚内部钳位在 (V_{CC}) 以下 6.5V，允许使用栅源击穿电压额定为 8V 的低压 P 沟道 MOSFET。也可使用外部 PNP 晶体管作为传输晶体管，但由于电流放大器（CA）的低电流增益，需要高增益的达林顿 PNP 晶体管以避免过大的充电电流误差。

（十）仅恒流模式

将 TIMER 引脚连接到 (V_{CC})，LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 可作为可编程电流源使用，特别适用于对 NiMH 或 NiCd 电池充电。在仅恒流模式下，定时器和电压放大器均被禁用，需要外部终止方法来正确终止充电。

（十一）稳定性

当使用 P 沟道 MOSFET 作为传输晶体管时，充电器无需任何补偿即可稳定工作。但建议在 BAT 引脚使用 10µF 电容，以在电池断开时保持低纹波电压。若使用陶瓷输出电容，由于多层陶瓷电容的低 ESR 和高 Q 特性，可能需要串联一个 1Ω 电阻以提高电压模式稳定性。当选择 PNP 晶体管作为传输晶体管时，需要从 DRV 引脚到 (V_{CC}) 连接一个 1000pF 电容以稳定电压环路，同时在电池未连接时，BAT 引脚也建议使用 10µF 电容。

七、总结

LTC1731 - 8.2/LTC1731 - 8.4 是一款功能强大、性能稳定的锂离子线性电池充电器控制器，具有高精度的充电控制、多种充电模式、智能功能和丰富的引脚功能，适用于多种消费电子和充电设备。在实际应用中，工程师可以根据具体需求合理选择充电参数和外部元件，以实现最佳的充电效果。同时，在设计过程中要注意充电器的稳定性和电池的安全性，确保产品的可靠性。大家在使用这款控制器时，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。