深入解析LTC4126：低功耗無線單節(jié)鋰離子電池充電器

引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，無線充電技術(shù)和低功耗設(shè)計(jì)變得越來越重要。LTC4126作為一款低功耗無線單節(jié)鋰離子電池充電器，集成了降壓DC/DC調(diào)節(jié)器，為眾多應(yīng)用提供了高效、可靠的電源解決方案。本文將詳細(xì)介紹LTC4126的特性、應(yīng)用、工作原理以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地了解和使用這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

特性亮點(diǎn)

• 無線充電與高效轉(zhuǎn)換：LTC4126不僅具備無線鋰離子電池充電功能，還集成了高效的多模式電荷泵DC/DC轉(zhuǎn)換器。其寬帶接收頻率范圍從DC到>10MHz，能夠適應(yīng)不同的無線充電環(huán)境。
• 靈活的充電參數(shù)設(shè)置：通過引腳可選擇4.2V或4.35V的充電電壓，固定充電電流為7.5mA，滿足不同電池的充電需求。同時(shí)，具備低電池?cái)嚅_功能，當(dāng)電池電壓低于3.0V時(shí)，自動(dòng)斷開電池與負(fù)載的連接，保護(hù)電池。
• 溫度監(jiān)控與安全保障：配備NTC引腳，可實(shí)現(xiàn)溫度合格充電，確保電池在安全的溫度范圍內(nèi)充電。此外，還具備自動(dòng)充電、安全定時(shí)器自動(dòng)終止充電等功能，提高充電的安全性和可靠性。
• 低噪聲與小尺寸封裝：DC/DC調(diào)節(jié)器采用低噪聲多模式電荷泵，開關(guān)頻率設(shè)置為50kHz或75kHz，避免了可聽噪聲的產(chǎn)生。采用12引腳2mm×2mm LQFN封裝，尺寸小巧，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

應(yīng)用領(lǐng)域

LTC4126適用于多種低功耗設(shè)備，如助聽器、低功耗鋰離子供電設(shè)備、無線耳機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備等。其小巧的尺寸和高效的性能，能夠滿足這些設(shè)備對(duì)電源的嚴(yán)格要求。

工作原理

AC電源控制器

LTC4126位于無線充電系統(tǒng)的接收端，通過連接到ACIN引腳的外部并聯(lián)諧振LC tank，從發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中無線接收功率。整流和輸入功率控制電路對(duì)ACIN引腳的交流電壓進(jìn)行整流，并將整流后的電壓調(diào)節(jié)到VCC引腳，使其低于VCC(HIGH)（典型值為5.5V）。此外，該芯片也可以通過直接連接DC電壓源到VCC引腳來供電，此時(shí)需將ACIN引腳接地。

電池充電器

LTC4126采用全功能的恒流（CC）/恒壓（CV）線性電池充電器，具備自動(dòng)充電、安全定時(shí)器自動(dòng)終止充電、壞電池檢測(cè)和溫度范圍外充電暫停等功能。充電電流固定為7.5mA，最終充電電壓可通過VSEL引腳選擇4.2V或4.35V。當(dāng)VCC引腳電壓比BAT引腳電壓高80mV（典型值）時(shí)，充電器開始嘗試充電并啟動(dòng)新的充電周期。在充電過程中，當(dāng)VCC - BAT差分電壓高于154mV（典型值）時(shí)，充電器進(jìn)入恒流模式，以7.5mA的額定電流充電；當(dāng)BAT引腳接近最終充電電壓時(shí)，進(jìn)入恒壓模式，充電電流逐漸下降。充電結(jié)束后，充電器停止工作，CHRG引腳的LED停止閃爍并變?yōu)橄吕瓲顟B(tài)。

DC/DC轉(zhuǎn)換器

LTC4126的DC/DC轉(zhuǎn)換器是一款專有的低噪聲多模式電荷泵，可通過向EN引腳施加最小1.1V的電壓或按下按鈕來開啟。轉(zhuǎn)換器可以與充電器同時(shí)工作，開關(guān)頻率根據(jù)工作模式設(shè)置為50kHz或75kHz，以避免開關(guān)噪聲進(jìn)入音頻頻段。根據(jù)電池電壓的不同，轉(zhuǎn)換器有三種工作模式：

• 3:1降壓模式（Mode 1）：當(dāng)VBAT > 3.6V時(shí)，轉(zhuǎn)換器工作在3:1降壓模式，提供穩(wěn)定的1.2V輸出，最大輸出電流約為65mA。
• 3:1降壓模式（Mode 2）：當(dāng)電池電壓在3.6V至3.3V之間時(shí)，轉(zhuǎn)換器仍工作在3:1降壓模式，但無法維持1.2V的調(diào)節(jié)，輸出電壓為電池電壓的三分之一（僅在無負(fù)載時(shí)）。
• 2:1降壓模式（Mode 3）：當(dāng)電池電壓低于3.3V時(shí)，轉(zhuǎn)換器切換到2:1降壓模式，再次提供穩(wěn)定的1.2V輸出，最大輸出電流隨電池電壓下降，但不低于約35mA。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

無線功率傳輸

在無線功率傳輸系統(tǒng)中，功率通過交變磁場(chǎng)傳輸。發(fā)射線圈中的交流電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，接收線圈置于該磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)感應(yīng)出交流電流。LTC4126內(nèi)部的二極管對(duì)ACIN引腳的交流電壓進(jìn)行整流。為了提高功率傳輸范圍，可以通過連接一個(gè)與發(fā)射線圈交流電流頻率相同的LC tank到ACIN引腳來實(shí)現(xiàn)共振。

發(fā)射器和接收器設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)發(fā)射器和接收器時(shí)，需要選擇合適的組件，以確保系統(tǒng)的性能和效率。對(duì)于接收器，應(yīng)選擇具有良好品質(zhì)因數(shù)的接收線圈和低ESR、低熱系數(shù)的電容器；對(duì)于發(fā)射器，應(yīng)選擇合適的MOSFET、振蕩器和電容器。同時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)的要求設(shè)置驅(qū)動(dòng)頻率和LC tank的參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的功率傳輸效率。

溫度合格充電

為了使用電池溫度合格充電功能，需要在NTC引腳和GND之間連接一個(gè)NTC熱敏電阻，并在VCC引腳和NTC引腳之間連接一個(gè)偏置電阻。通過調(diào)整偏置電阻的阻值，可以設(shè)置熱/冷溫度閾值。如果需要獨(dú)立調(diào)整熱和冷閾值，可以引入另一個(gè)電阻作為第二個(gè)自由度。

PCB布局考慮

由于LTC4126封裝的暴露焊盤是唯一的接地引腳，并且是充電器和DC/DC轉(zhuǎn)換器的返回路徑，因此必須將其焊接到PCB接地層，以確保良好的電氣連接。為了實(shí)現(xiàn)最佳的熱性能，應(yīng)在暴露焊盤下方設(shè)置一組過孔，直接連接到內(nèi)部接地層。同時(shí)，接地層應(yīng)盡可能靠近PCB的頂層，以減少寄生電感。

總結(jié)

LTC4126是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的低功耗無線單節(jié)鋰離子電池充電器。其集成的降壓DC/DC調(diào)節(jié)器、靈活的充電參數(shù)設(shè)置、溫度監(jiān)控和安全保障等功能，使其成為眾多低功耗設(shè)備的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用的要求，合理選擇組件、設(shè)置參數(shù)，并注意PCB布局，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。電子工程師在使用LTC4126時(shí)，應(yīng)充分了解其工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的無線充電設(shè)計(jì)問題？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。