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隨著(zhù)移動(dòng)計算技術(shù)和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的發(fā)展，微型移動(dòng)終端設備在移動(dòng)數據采集、傳輸、處理及個(gè)人信息服務(wù)等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應用。鋰電池因其體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)成為微型移動(dòng)終端設備的首選電源。鋰電池的特性以及應用環(huán)境的需求，對微型移動(dòng)終端設備充電方案的設計提出了更高的要求。因此在充電方案的設計中需要綜合考慮成本、體積、噪聲、效率等因素。 LTC4065是一款用于單節鋰電池的完整恒定電流／恒定電壓線(xiàn)性充電管理芯片，可提供高達750 mA且準確度為5％的可設置的充電電流，并支持直接使用USB端口對單節鋰電池進(jìn)行充電。同時(shí)其熱反饋功能可調節充電電流，以便在大功率工作或高環(huán)境溫度條件下對芯片溫度加以限制，確保安全工作。由于采用了內部MOSFET架構，因此無(wú)需使用外部檢測電阻器或隔離二極管。很少的外部元件數目加上其2 mm×2 mm DFN封裝，使得LTC4065尤其適合無(wú)線(xiàn)PDA、蜂窩電話(huà)、無(wú)線(xiàn)傳感器終端等應用。功能齊全的LTC4065還包括自動(dòng)再充電、低電池電量充電調節、軟啟動(dòng)等豐富功能。 1 LTC4065的引腳功能 LTC4065采用了熱處理能力較強的6引腳小外形封裝(DFN)，且實(shí)現產(chǎn)品無(wú)鉛化，底部采用裸露襯墊，直接焊接至PCB以實(shí)現電接觸和額定散熱性能。引腳排列如圖1所示。 
各引腳功能如下： 引腳1，GND，接地端。 引腳2，CHRG，漏極開(kāi)路充電狀態(tài)輸出。充電狀態(tài)指示引腳具有三種狀態(tài)：下拉、2 Hz脈動(dòng)和高阻抗狀態(tài)。該輸出可以被用作一個(gè)邏輯接口或一個(gè)LED驅動(dòng)器。對電池進(jìn)行充電時(shí)，有一個(gè)內部N溝道MOSFET將GHRG引腳拉至低電平。當充電電流降至全標度電流的10％時(shí)，CHRG引腳被強制為高阻抗狀態(tài)。如果電池電壓處于2．9 V以下的持續時(shí)間達到充電時(shí)間的1／4，則認為電池失效，而且CHRG引腳將以2 Hz的頻率脈動(dòng)。 引腳3，BAT，充電電流輸出。該引腳向電池供應充電電流，并將最終浮動(dòng)電壓調節至4．2 V。該引腳上的一個(gè)內部精確電阻分壓器負責設定此浮動(dòng)電壓，并在停機模式時(shí)斷接。 引腳4，VCC，正輸入電源。該引腳向充電器供電。VCC的變化范圍是3．75～5．5 V。該引腳應通過(guò)一個(gè)最小1μF的電容器進(jìn)行旁路。當VCC處于BAT引腳電壓的32 mV以?xún)葧r(shí)，LTC4065進(jìn)入停機模式，從而使IBAT降至約1μA。 引腳5，EN，使能輸入引腳。把該引腳拉至手動(dòng)停機門(mén)限(一般為O．82 V)以上，將把LTC4065置于停機模式。在停機模式中，LTC4065的電源電流低于20μA。使能為缺省狀態(tài)，但不用時(shí)應將該引腳連至GND。 引腳6，PROG，充電電流設置和充電電流監視引腳。充電電流是通過(guò)連接一個(gè)精度為1％的接地電阻器RPROG來(lái)設置的。 2 工作原理 LTC4065主要是為實(shí)現對單節電池充電而設計的線(xiàn)性電池充電管理芯片。該芯片利用其內部功率MOSFET對電池進(jìn)行恒流和恒壓充電。充電電流可利用外部電阻編程設定，最大充電可達750 mA。LTC4065包含一個(gè)漏極開(kāi)路狀態(tài)指示輸出端：CHRG通過(guò)下拉、2 Hz脈動(dòng)和高阻抗三種狀態(tài)來(lái)指示充電狀態(tài)以及電池失效。如果芯片結溫試圖升至約115℃的預設值以上，一個(gè)內部熱限制電路將減小設定的充電電流。不僅可防止LTC4065過(guò)熱，也使用戶(hù)可以最大限度地利用芯片的功率處理能力，不用擔心因過(guò)熱而損壞芯片或外部元件。這樣，用戶(hù)在設計充電電流時(shí)，可以不用考慮最壞情況，而只根據典型情況進(jìn)行設計，因為在最壞情況下，LTC4065會(huì )自動(dòng)降低充電電流。 當VCC引腳上電壓超過(guò)3．6 V且比BAT引腳電壓高出約80 mV時(shí)，LTC4065開(kāi)始對電池充電，CHRG引腳輸出低電平，表示充電正在進(jìn)行。如果BAT引腳電壓低于2．9 V，則充電器進(jìn)入涓流充電模式，芯片利用1／10的設定充電電流對電池進(jìn)行預充電，以便將電池電壓提升至一個(gè)適合充電的安全電平。當BAT引腳電壓超過(guò) 4．1 V時(shí)，因為電池已接近滿(mǎn)容量，芯片進(jìn)入快速充電恒流模式對電池充電。充電電流大小由PROG引腳和GND之間的電阻器設定。電池充電電流是PROG引腳輸出電流的1 000倍。當BAT引腳電壓接近最終浮動(dòng)電壓(4．2 V)時(shí)，充電電流逐漸減小，LTC4065進(jìn)入恒壓充電模式。當充電電流減小到全標度充電電流的10％時(shí)充電周期結束，一個(gè)內部比較器將關(guān)斷在CHRG引腳上的N溝道MOSFET，該引腳呈高阻態(tài)。如果將EN引腳電壓拉至停機門(mén)限(約為O．82 V)以上，充電將被禁止。把PROG引腳懸浮同樣能禁止充電，在停機模式中，電池漏電流降至1μA以下，電源電流降至約20μA。 3 應用電路 在本實(shí)驗室無(wú)線(xiàn)醫護管理系統項目中，無(wú)線(xiàn)通信終端設備的充電電路設計采用了基于LTC4065的方案，電路如圖2所示。
LTC4065的電壓輸入端VCC所允許的輸入電壓在3．75～5．5 V之問(wèn)。目前市場(chǎng)上的5 V穩壓電源的輸出電壓一般并不穩定，很多時(shí)候會(huì )超過(guò)6 V而給充電帶來(lái)不良影響。LTC4065內部具有穩壓電路能夠起到一定的穩壓作用，一般應用情況下可直接連接穩壓電源。如果應用需求較高，也可在VCC的前級加一個(gè)1 A的三端穩壓電源芯片。在圖2所示電路中，將VCC直接接至穩壓電源，鋰電池通過(guò)一個(gè)線(xiàn)性穩壓芯片SG2003為工作電路提供電源。權衡電路工作的穩定性與充電時(shí)間，充電電路采用300 mA充電電流。因此，為了保證良好的穩定性和溫度特性，R采用了3．3 kΩ精度為1％的金屬膜電阻。LTC4065的漏極開(kāi)路狀態(tài)指示輸出端CHRG串接了一個(gè)510 Ω電阻和一個(gè)發(fā)光二極管，再接到VCC上，用來(lái)指示充電狀態(tài)。為保證充電器正常工作，本電路在BAT電池端和GND間連接一個(gè)1μF的去耦電容。為了能夠輸出最大的充電電流，要求將LTC4065背面裸露的金屬板焊接到金屬線(xiàn)路板地端的銅片上，以達到最大的散熱性能；否則，芯片熱阻將增大，導致能夠輸出的最大充電電流減小。 結語(yǔ) 鋰電池充電電路的設計是一個(gè)平衡的考慮，一方面要提供較大的充電電流以縮短充電時(shí)間，另一方面充電電路的尺寸必須足夠小以符合微型移動(dòng)終端設備體積日益縮小的趨勢。應用LTC4065芯片僅需要非常少的外圍元件配合，就可以實(shí)現低成本的單節鋰離子或鋰聚合物電池充電方案。不僅電路尺寸十分小，而且可根據應用需求設置充電電流以控制充電時(shí)間，非常適合于微型移動(dòng)終端設備的小型化設計。采用本方案的無(wú)線(xiàn)醫護管理系統終端設備已投入批量生產(chǎn)。本文的電路設計方法對采用其他充電芯片進(jìn)行的電路設計也有很好的參考價(jià)值。 參考文獻 1. 王非.劉昊.田曉明 手持終端設備中的鋰電池充電技術(shù) [期刊論文] -電子器件2004(4) 2. Chen Chen.He Lenian Chip Design of Li-Ion Battery Charger Operating in Constant?Current / Constant?Voltage Modes 2007(7) 作者：華中師范大學(xué) 韓劉 秦燕 李鵬 劉守印 來(lái)源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009（6） |
