使用可防止過熱的單片充電器縮短鋰離子電池充電時(shí)間

LTC?4054 是一款具有一個(gè)內(nèi)部功率 MOSFET 的恒定電流 / 恒定電壓線性電池充電器，采用纖巧型 ThinSOT 封裝。大多數(shù)線性充電器都有暫時(shí)、過度功耗和可能過熱的風(fēng)險(xiǎn)，但 LTC4054 采用內(nèi)部熱反饋來(lái)調(diào)節(jié)充電電流并將芯片溫度限制在 120°C。 此功能允許設(shè)計(jì)人員將 LTC4054 設(shè)置為更高的充電電流，同時(shí)保證 LTC4054 不會(huì)過熱并損壞自身或其他組件。本文介紹如何使用 LTC4054 來(lái)最大化熱調(diào)節(jié)充電電流，從而縮短電池充電時(shí)間。

LTC4054 包括其他理想的特性，可節(jié)省空間并降低電路成本。由于其內(nèi)部 MOSFET 架構(gòu)，它不需要外部檢測(cè)電阻器或阻塞二極管。自動(dòng)充電終止功能允許 LTC4054 充當(dāng)一個(gè)獨(dú)立的鋰離子電池充電器。充電狀態(tài)輸出引腳指示電池充電器的狀態(tài)。它還包括欠壓鎖定保護(hù)、低電池電量調(diào)節(jié)、充電電流監(jiān)控引腳和自動(dòng)再充電。此外，LTC4054 能夠采用一個(gè) USB 電源工作。

散熱注意事項(xiàng)

LTC4054 的熱反饋環(huán)路通過在 IC 升溫時(shí)自動(dòng)減小充電電流，將管芯溫度調(diào)節(jié)至約 120°C。因此，為了保持高充電電流 （并相應(yīng)地縮短充電時(shí)間），必須有效地將熱量從 LTC4054 傳遞出去。關(guān)鍵量是從芯片到印刷電路板再到環(huán)境空氣的熱阻（參見下面的“熱阻計(jì)算”）。

LTC4054 封裝的熱阻取決于電路板布局。由于IC產(chǎn)生的大部分熱量流經(jīng)銅引線框架并流出封裝引線（尤其是接地引線），因此電路板設(shè)計(jì)人員可以使用PCB銅作為散熱器來(lái)改善熱特性。通過將引線（特別是接地引線）焊接到擴(kuò)展到更大銅區(qū)域的寬銅焊盤上，IC的熱量將更容易散發(fā)到周圍環(huán)境中。內(nèi)部或背面銅接地層的饋通孔進(jìn)一步提高了熱阻。PCB布局時(shí)應(yīng)考慮電路板上的其他散熱源，因?yàn)樗鼈儠?huì)增加環(huán)境溫度（T一個(gè)）并降低最大充電電流。

熱阻計(jì)算

以下示例計(jì)算最大熱阻 （θja） 允許在典型充電條件下以 800mA 為電池充電。熱阻定義為在硅中給定一定功率耗散的情況下，環(huán)境結(jié)和硅結(jié)之間的穩(wěn)態(tài)溫度差。由于芯片上的大部分功耗來(lái)自內(nèi)部MOSFET，因此功率計(jì)算為：

其中 IBAT 是充電電流，VCC 是 VCC 引腳電壓，VBAT 是 BAT 引腳電壓。在本例中，我們假設(shè)電池標(biāo)稱電壓為3.7V，典型工作電壓為5V，環(huán)境溫度為25°C。

硅結(jié)溫由以下公式計(jì)算：

TJ是結(jié)溫和T一個(gè)是環(huán)境溫度。只要功率耗散不能產(chǎn)生足夠的熱量以將結(jié)溫提高到其熱調(diào)節(jié)點(diǎn) 4054°C 以上，LTC120 就會(huì)以編程充電電流進(jìn)行充電：

假設(shè)典型充電條件，以800mA充電需要小于91°C/W的熱阻。如果熱阻太大，LTC4054 會(huì)自動(dòng)減小充電電流 （I.BAT）以保持120°C的恒定芯片溫度。

800mA充電器電路

最大化充電電流的另一種方法是耗散外部元件中的部分功率，從而降低芯片上的功耗。圖 1 示出了 LTC4054 如何利用很少的外部組件提供一個(gè)完整的獨(dú)立式鋰離子電池充電器解決方案。

圖1.具有外部功耗的獨(dú)立800mA鋰離子電池充電器。

外部電阻器 Rcc 用于耗散充電器總功耗的 160mW，從而使 LTC4054 能夠在較高的充電電流下進(jìn)行熱調(diào)節(jié)。由于功率耗散在也使用印刷電路板作為散熱器的外部組件中，因此芯片的溫度降低了。

當(dāng)該電路編程為以800mA充電時(shí)，VCC引腳上的電壓降至4.8V。當(dāng)一個(gè) 3.7V 的標(biāo)稱電池電壓和一個(gè) 25°C 的環(huán)境溫度下，LTC4054 在以下情況下進(jìn)入熱調(diào)節(jié)狀態(tài)（參見本文中的“熱阻計(jì)算”）：

LTC4054 的熱阻現(xiàn)在可以高達(dá) 108°C/W，然后熱調(diào)節(jié)才會(huì)限制充電電流。

在外部元件中耗散功率是一種有用的技術(shù)，尤其是在使用高輸入電源電壓時(shí)。但是，設(shè)計(jì)人員應(yīng)避免放棄 V抄送引腳電壓低到足以使 LTC4054 進(jìn)入壓差狀態(tài)，這可能會(huì)增加在恒定電壓模式下充電所花費(fèi)的時(shí)間。當(dāng)內(nèi)部 MOSFET 兩端的電壓降至足夠低以導(dǎo)致 FET 進(jìn)入線性區(qū)域時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。只要滿足以下條件，晶體管就不會(huì)進(jìn)入線性區(qū)域：

R型DS（ON）LTC4054 FET 的標(biāo)稱值為 600mΩ。由于鋰離子電池電壓通常不超過 4.2V，因此，只要 V抄送引腳保持在 4.68V 以上。

結(jié)論

LTC?4054 獨(dú)立鋰離子電池充電器提供了一種簡(jiǎn)單、緊湊的解決方案，用于利用極少的外部組件為單節(jié)鋰離子電池充電。其熱調(diào)節(jié)功能使設(shè)計(jì)人員無(wú)需過度設(shè)計(jì)熱，最大限度地提高充電電流并縮短充電時(shí)間。

審核編輯：郭婷