鋰離子線性充電器提供快速的全電流充電，并且限制PCB溫度在85°C

引言

線性電池充電器通常比一般的開關(guān)型充電器更細(xì)小.簡單和便宜，但是它有一個(gè)主要缺點(diǎn)：當(dāng)輸入電壓高和電池電壓低(已放電的電池)時(shí)會(huì)出現(xiàn)過高的功率耗散。在典型情況下，這些狀態(tài)是暫時(shí)性(因?yàn)殡姵仉妷弘S著充電而增加)，但是在確定充電電流和IC溫度的最大允許值時(shí)，必須考慮到這種最壞情況。一種解決過熱問題的簡單方法是降低充電過程中整個(gè)恒流部分的充電電流。這種方法的問題是相應(yīng)增加了充電時(shí)間。另一較好的選擇是采用LTC1733鋰離子單節(jié)電池線性充電器，它克服了任何過熱問題，也可維持快速充電時(shí)間。IC內(nèi)部的獨(dú)特?zé)岱答伃h(huán)允許在正常條件下全電流快速充電，并且在最壞情況下不會(huì)過熱(包括高環(huán)境溫度、高輸入電壓或低電池電壓狀態(tài))。

熱反饋環(huán)限制IC溫度

熱反饋環(huán)限制了LTC1733的最高結(jié)溫在105°C左右，比最高允許結(jié)溫125°C低得多。當(dāng)結(jié)溫接近105°C時(shí)，芯片內(nèi)的溫度傳感器開始平穩(wěn)地降低充電電流至一個(gè)限制最高結(jié)溫至105°C的水平(見圖1)。與簡單地在160°C關(guān)斷而作出自我保護(hù)的IC不同，LTC1733可長期地工作在這種溫度控制方式下。具有160°C熱關(guān)機(jī)溫度的器件會(huì)開始在熱限值內(nèi)導(dǎo)通和關(guān)斷，或者不能正確地作為充電器運(yùn)行。熱關(guān)機(jī)不是運(yùn)行的可取方式，比較好的還是在過熱時(shí)保護(hù)IC不會(huì)失效。

圖1：高環(huán)境溫度情況下的LTC1733鋰離子電池充電周期

具有熱限制運(yùn)行的充電周期

圖1示出最壞溫度情況下的典型鋰離子單節(jié)電池充電周期。曲線顯示電池電壓.充電電流和印制電路板的溫度與時(shí)間的關(guān)系。

當(dāng)輸入功率加到連接的電池和在程控電阻接地時(shí)，充電周期即開始。深放電的電池在全電流的10%時(shí)慢慢充電，直至電池電壓達(dá)到2.48V時(shí)充電器再切換到全電流充電。

在充電周期啟動(dòng)時(shí)，充電電流快速增加到1.5A設(shè)置值，引起電池電壓升高到3.2V。在5.3V的輸入電壓下，LTC1733的3.2W功率耗散使結(jié)溫升到大約105°C，2" × 2"PCB的溫度(散熱體)約在1.5分鐘內(nèi)達(dá)到85°C左右。熱反饋環(huán)降低充電電流來限制任何額外的溫度上升。當(dāng)電池電壓增加時(shí)，LTC1733溫度開始下降，使得充電電流再次增加到1.5A設(shè)置電流水平。充電繼續(xù)在1.5A恒流下進(jìn)行，直至電池電壓達(dá)到4.2V為止，此時(shí)進(jìn)入充電周期的恒壓段。這情況繼續(xù)而充電電流繼續(xù)下降，直至3小時(shí)的定時(shí)器結(jié)束充電周期為止(圖1示出前90分鐘的情況)。

增強(qiáng)散熱的封裝顯著改善功率耗散

特小外型(1.1毫米)的10引腳MSOP封裝和露出底部金屬焊盤允許IC直接焊接到PCB銅層上，這明顯降低從結(jié)至外殼的熱阻。良好的熱布局使得LTC1733在25°C環(huán)境溫度下用2” × 2"的4層PCB板可連續(xù)耗散高達(dá)2.5W。

良好的熱布局包括封裝下面的PCB銅層直接散布到整個(gè)銅面積，以及通過熱通孔傳到內(nèi)部和背部的銅層來構(gòu)成。對(duì)于表面貼裝器件，PCB銅層變成一個(gè)有效的散熱體。

將整個(gè)IC的金屬焊盤焊接到PCB板來保證良好的熱傳導(dǎo)也是非常重要的。測試表明，在大的4.5W起始功率加到封裝時(shí)，不良焊接的封裝在幾秒就達(dá)到熱反饋溫度，而好的焊接裝置則要一分鐘以上。

完全獨(dú)立的充電器

LTC1733是單節(jié)鋰離子電池的一個(gè)完全恒流、恒壓、功率限制的線性充電器，如圖2所示。IC含有1.5A功率MOSFET、電流檢測電阻、可設(shè)置充電電流、可設(shè)置定時(shí)器、可選充電電壓和熱敏電阻輸入以監(jiān)視充電資格的電池溫度。有三種狀態(tài)輸出可驅(qū)動(dòng)LED顯示‘AC電源好’、‘充電'和‘故障’。還有監(jiān)視充電電流的輸出。輸入電壓的要求是4.5V至6.5V和可用手動(dòng)關(guān)機(jī)，以及有一個(gè)在輸入電壓斷開時(shí)的微功率休眠方式。由于采用內(nèi)部MOSFET結(jié)構(gòu)而無需阻塞二極管。

圖2：用于4.1V或4.2V電池的完整1.5A單節(jié)鋰電池充電器(無需外部MOSFET、阻塞二極管或檢測電阻)

結(jié)論

LTC1733是獨(dú)立的鋰離子電池線性充電器IC，它容許充電電流設(shè)置在標(biāo)稱的VIN、VBATTERY和環(huán)境溫度下，而在某些短暫充電條件下不會(huì)出現(xiàn)過高溫度。這容許更高的充電電流(達(dá)到更快充電)和保證偶然的最壞情況不會(huì)引起系統(tǒng)過熱。

審核編輯：郭婷