551演示电路锂离子电池充电器LTC4002 - 4.2快速入门指南

在电子设备的开发过程中，电池充电器的设计至关重要，特别是对于锂离子电池这种广泛应用的电源。今天要给大家介绍的是演示电路551锂离子电池充电器LTC4002 - 4.2，它具备多种实用功能，能满足不同的充电需求。

文件下载：DC551A-A.pdf

充电器概述

电路设计与特点

演示电路551是一款完整的恒流/恒压电池充电器，专为单节锂离子电池充电而设计。它采用500kHz降压开关稳压器控制器驱动P沟道MOSFET，编程设定的充电电流为3A。该电路还具备一个固定的3小时充电终止定时器，同时有充电状态LED指示灯，可指示电池接近充满的状态，并且设有热敏电阻连接，用于电池温度充电条件判断。不过由于电路会产生热量，热敏电阻不能安装在该电路板上，此板上使用了一个10k电阻（R3）来代替。

封装与空间优势

LTC4002采用3×3mm 10引脚DFN封装，所有表面贴装元件的使用最大程度地减小了电路板空间和高度，整个电路大约占用0.5平方英寸的电路板空间，但为了散热还需要额外的印刷电路板铜层。该电路板的设计文件可通过联系LTC工厂获取。

其他特性

• 预设浮充电压：4.2V ±1%。
• 恒流充电：3A恒流（可编程设置其他充电电流）。
• 充电终止定时器：3小时充电终止定时器。
• 温度传感：NTC热敏电阻输入，用于感应电池温度。
• 欠压锁定：具备欠压锁定功能。
• 手动关机：支持手动关机操作。
• 低电池漏电：输入电源移除时，电池漏电电流低。
• 涓流充电：针对深度放电的电池提供C/10涓流充电。
• 自动充电：当电池电压降至预设阈值以下时自动充电。
• 充电指示灯：C/5充电LED指示灯（CHRG）。

典型演示板规格

参数	数值
输入电压范围（VIN）	5.2V - 24V
充电电压（VBAT）（恒压模式）	4.2V ±1%
充电电流IBAT（恒流模式）	3A ±8%
充电电流IBAT（涓流模式）	350mA ± 20%
C/5 CHRG LED阈值水平	750mA ± 25%
涓流充电阈值电压	2.9V
输入电源移除时的电池漏电电流	<20µA（主要漏电原因是肖特基二极管漏电流）

测试设备要求

设备名称	规格
输入电源实验室电源	0 - 25V @ 3A
测量输入电压（VIN）的数字万用表	3 - 1/2 位
测量电池电压（VBAT）的数字万用表	4 - 1/2 位
测量充电电流的数字万用表	3 - 1/2 位
锂离子电池或电池模拟器	4.2V可充电锂离子电池

电池模拟器

电池模拟器在评估电池充电器时非常有用。一个简单的电池模拟器由一个带有粗调和微调（或多圈）电压调节控制的实验室电源和一个连接到电源输出端子的功率电阻组成。连接电阻负载后，电源可以像实际电池一样源出和吸收电流。通过简单地改变电池模拟器电源电压，可以快速模拟从完全放电到完全充电的任何充电水平。完全放电的锂离子电池电压约为2.6V - 3V，完全充电的电池电压根据电池化学性质为4.1V或4.2V。当电池接近充满时，电池电压的微小变化会导致充电电流的大幅变化。当然，在某些情况下，如绘制完整的充电周期时，需要使用实际电池。

快速启动步骤

连接设备

将两个电源都设置为0V，按照图1所示将演示板连接到电源和仪表。充电器输出与电池模拟器之间的电气连接必须高质量，建议使用0.1Ω的感测电阻来测量充电电流，充电电流路径中的直流电阻应保持最小。

欠压锁定和涓流充电

将跳线（JP1）置于“RUN”位置，开始增加输入电源电压。当电压约为4.3V时，LTC4002欠压锁定功能使充电器启动，充电电流会突然上升到约300mA（仪表上显示30mV），这是深度放电电池（VBAT < 2.9V）的涓流充电电流。将输入电源调整到约6V。

涓流充电阈值和恒流充电

开始增加电池模拟器电源（VBAT），观察数字万用表上的充电器输出电压。当电压超过约2.9V时，充电器将突然进入充电周期的恒流阶段，充电电流会突然增加到编程值约3A（充电电流数字万用表上显示300mV），此时进入恒流模式，CHRG LED指示灯也会亮起。

恒压充电和CHRG LED指示灯

继续缓慢增加电池模拟器电源，模拟电池接受充电的过程。充电电流应保持在编程值3A，直到充电器输出电压接近预设充电电压（4.2V ±1%）约10mV时，充电电流开始下降，这标志着充电周期的恒压阶段开始。继续非常缓慢地增加电池模拟器电源，直到CHRG LED指示灯熄灭，记录指示灯熄灭时的充电电流水平，该电流水平应约为750mA ±25%。该LED指示灯表示电池接近充满，但不是充电完成的指示，充电周期将继续直到3小时定时器结束。（注意：当LED指示灯熄灭后，直到安装新电池、输入电源循环或充电器暂时关闭，指示灯才会再次亮起）

继续增加电池模拟器电源，直到充电电流降至约300mA（充电电流数字万用表上显示30mV），然后读取数字万用表上的充电器输出电压，该读数即为充电器的浮充电压4.200V ± 40mV。需要注意的是，电池模拟器电压的微小变化会导致充电电流的大幅变化，将模拟器电源调整到4.2V时，充电电流将降至0mA。

睡眠模式

为了验证睡眠模式下的电池漏电电流，移除输入电源电压或关闭电源，将0.1Ω的电流感测电阻替换为1kΩ电阻，并将电池模拟器电源设置为约4V。此时充电电流数字万用表将以1mV/µA的比例读取电池漏电电流。

其他注意事项

• 输入电压范围：输入电压范围为5.2V - 24V，对充电电流或充电电压规格的影响可忽略不计。当输入电压大于20V时，建议在现有的陶瓷输入旁路电容上并联一个固态钽电容，以最小化输入电源热切换时由于振铃引起的电压瞬变。在演示板的C2位置安装一个10µF或更大、35V的钽电容。
• 充电器关机：将跳线（J1）从“RUN”位置移动到“SHDN”位置，可关闭充电器。
• 温度资格验证：要验证温度资格功能，移除10k电阻R3，并将电阻替换盒连接到“EXT NTC”端子。参考LTC4002数据手册，了解允许充电器提供充电电流或因温度极端情况停止充电的电阻值。如果使用实际热敏电阻，必须将其安装在电池附近，而不是电路板上。

通过以上介绍，相信大家对演示电路551锂离子电池充电器LTC4002 - 4.2有了更深入的了解。在实际设计和应用中，大家可以根据具体需求灵活调整参数和操作步骤。你在使用类似充电器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。