探索LTC4095：小巧高效的USB锂电池充电器

在电子设备的设计中，电池充电管理是一个关键环节。今天，我们将深入探讨Linear Technology Corporation的LTC4095，这是一款集成在2mm x 2mm DFN封装中的独立USB锂离子/聚合物电池充电器，它为便携式USB电源应用提供了理想的解决方案。

文件下载：DC1094A.pdf

产品概述

演示电路DC1094采用了LTC4095芯片，具备诸多出色特性。它能够通过单个电阻编程提供高达950mA的充电电流，HPWR引脚可将电流设置为100%或20%的满充电电流。同时，LTC4095还拥有NTC热敏电阻输入，用于监测电池温度，具备C/10电流检测输出、不良电池检测和低电池涓流充电功能。最终浮充电压预设为4.2V，仅需一个输入电容和一个编程电阻即可构成完整的电池充电电路。

性能参数

在环境温度 (T_{A}=25^{circ} C) 条件下，LTC4095的主要性能参数如下：	参数	条件	值
USB输入电压范围		4.3V – 5.5V
输出浮充电压	恒压模式	4.200V ( ± 0.5%)
充电电流	HPWR跳线 = 100%，R_PROG = 1.74K	460mA
充电电流	HPWR跳线 = 20%，R_PROG = 1.74K	92mA
充电电流（USB输入电源，涓流充电模式）	R_PROG = 1.74K	46mA
V_PROG（满充电电流，HPWR跳线 = 100%）		1V
V_PROG（1/5满充电电流，HPWR跳线 = 20%）		200mV
V_PROG（涓流充电电流）		100mV

工作原理

演示电路DC1094在HPWR跳线JP1处于100%位置时，可提供460mA的满充电电流。该演示电路的输入电流总计约470mA，包含CHRG LED电流、电池充电电流、NTC热敏电阻电流和IC静态电流。将HPWR跳线从100%位置移动到20%位置，可将充电电流限制为92mA。

快速启动步骤

评估LTC4095的性能时，演示电路DC1094的设置非常简单。可以使用实际的锂离子电池、双极性电源或电池模拟器进行评估。以下是详细的快速启动步骤：

1. 设置跳线：将跳线设置为 (JP1.HPWR =100 % (Up))、(JP2.SUSP =HI(Up))、(JP3. NTC = INT (Down))。
2. 连接电源和测量设备：将电源调整到0V，按照图1所示连接USB输入电源、电池或电池模拟器，并串联电流表。可以使用电流表或100mΩ电流检测电阻来测量电池充电电流。同时，按照图1连接电压表，测量USB输入和GND端子之间以及BAT和GND端子之间的电压，也可用于测量PROG端子的电压。
3. 启动电池模拟器：将电池模拟器电源打开至2.5V，并将SUSP跳线设置到LO位置。注意确保电池电压不超过6V。
4. 观察充电状态：
   • 增加USB输入电压，直到CHRG LED亮起，此时USB输入电压约为上升欠压锁定阈值，LTC4095进入涓流充电模式，涓流充电电流为46mA。注意确保输入电压不超过7V。
   • 将电池模拟器电源增加到3V，观察到LTC4095充电电流跳至460mA的满充电电流。
   • 缓慢降低USB输入电压，直到CHRG LED突然熄灭，此时USB输入电压约为下降欠压锁定阈值。
   • 将USB输入电压设置为5V，缓慢增加电池模拟器电压，直到充电电流或PROG电压开始下降，此时充电器进入恒压模式。
   • 继续缓慢增加电池模拟器电压，直到CHRG LED熄灭，此时充电电流约降至其满值的10%。
   • 继续缓慢增加电池模拟器电压，观察充电电流，当充电电流降至0mA时，设备进入待机模式。
   • 缓慢降低电池模拟器电压，直到CHRG LED亮起，这是再充电电压阈值。
5. 调整跳线：
   • 将HPWR跳线从100%移动到20%位置，观察到充电电流为其满值的20%，约92mA。
   • 将NTC跳线从INT移动到EXT，观察到CHRG LED以1.5Hz的频率闪烁，占空比为50%。使用示波器观察CHRG端子，可看到35KHz的信号以6.25%和93.75%的占空比脉冲。
   • 使用夹线测试线将NTC端子连接到GND端子，观察到CHRG LED常亮，充电电流约为92mA，此时NTC功能被禁用。
   • 将NTC和HPWR跳线保持当前位置（分别为EXT和20%），将SUSP跳线移动到HI位置，并移除NTC和GND端子之间的测试线，观察到输入电流为17uA或更小，LTC4095进入暂停模式。
6. 结束测试：测试完成后，将SUSP跳线设置到HI位置，关闭输入电源，断开并/或关闭电池或电池模拟器。

电路元件清单

以下是DC1094A电路的元件清单：	项目	数量	参考标识	描述	制造商零件编号
		必需电路组件
1	1	C1	电容，X5R 1uF 10V 10% 0402	MURATA, GRM155R61A105KE15D
	1	R3	电阻，芯片1.74K 1/16W 1% 0402	VISHAY, CRCW04021K74FKED
23	1	U1	集成电路，电池充电器控制器	Linear Tech. Corp. LTC4095EDC
		额外演示板电路组件
1	1	C2	电容，X5R 4.7uF 6.3V 10% 0603	TDK, C1608X5R0J475K
2	1	D1	LED，绿色	Panasonic, LN1351-C-TR
3	1	R5	电阻，芯片1欧姆 0.06W 5% 0402	VISHAY, CRCW04021R00JNED
4	1	R4	电阻，芯片510 0.06W 5% 0402	VISHAY, CRCW0402510RJNED
5	2	R1, R2	电阻，芯片100K 1/16W 1% 0402	VISHAY, CRCW0402100KFKED
67	2	R6, R7	电阻，芯片0欧姆 0402	VISHAY, CRCW04020000Z0ED
	1	J1	连接器，USB Mini-B	Tyco Electronics, 1734035-2
8	0	J2(OPT)	连接器，2MM通孔	HRS, DF3-3P-2DSA
		演示板硬件
1	5	E3 - E6, E9	测试点，炮塔	Mill Max, 2308 - 2
23	4	E1, E2, E7, E8	测试点，炮塔	Mill Max, 2501 - 2
	3	JP1 - JP3	3针2mm中心间距的插头	SAMTEC, TMM - 103 - 02 - L - S
4	3	JP1 - JP3	2mm中心间距的分流器	SAMTEC, 2SN - BK - G
5	4		尼龙0.25英寸高的支撑柱	KEYSTONE, 8831

通过以上的介绍，相信大家对LTC4095有了更深入的了解。在实际设计中，你是否会考虑使用LTC4095来实现电池充电管理呢？欢迎在评论区分享你的想法。