El cargador de iones de litio de 900 mA en DFN de 2 mm x 2 mm está controlado térmicamente para un tiempo de carga más rápido

Introducción

El diseño de un cargador de batería de iones de litio lineal de alto rendimiento para teléfonos móviles, reproductores de MP3 y otros dispositivos portátiles puede resultar complicado. El problema general del diseño es cómo encajar el cargador en recintos cada vez más pequeños, mientras se gestiona el calor inherentemente generado por el proceso de carga. La solución típica es reducir la corriente de carga máxima a un valor subóptimo para evitar el sobrecalentamiento, lo que aumenta el tiempo de carga.

El LTC4059 está diseñado para acortar el tiempo de carga incluso cuando empuja el cargador en los espacios más reducidos. El LTC4059 es un cargador lineal de corriente constante/voltaje constante de iones de litio DFN de 2 mm × 2 mm con un MOSFET integrado de 900 mA, salida de monitoreo de corriente de carga precisa y control de regulación térmica. La regulación térmica de este dispositivo es diferente, y mucho mejor, que el apagado térmico que se encuentra en la mayoría de los cargadores. El control de retroalimentación térmica permite que un diseñador maximice la corriente de carga y, por lo tanto, reduzca el tiempo de carga sin dañar el LTC4059 ni ningún otro componente. La Figura 1 muestra una aplicación típica.

La Figura 2 muestra un circuito de carga completo de 2,5 mm × 2,7 mm que incluye el LTC4059 y dos componentes pasivos. La arquitectura MOSFET interna no requiere diodos de bloqueo externos ni resistencias de detección.

Además de su diminuto tamaño, el LTC4059 incluye otras funciones importantes para los últimos teléfonos móviles, auriculares inalámbricos, cámaras digitales, PDA inalámbricos y reproductores de MP3. La corriente de suministro en modo apagado es muy baja: 10 µA desde el suministro de entrada y menos de 1 µA desde la batería cuando el suministro de entrada está apagado. También tiene la capacidad de cargar baterías de iones de litio de una sola celda directamente desde un puerto USB.

Corriente constante/Voltaje constante/Temperatura constante

El LTC4059 utiliza una arquitectura única para cargar una batería a corriente constante, voltaje constante o temperatura constante. En una aplicación típica, para cargar una batería de iones de litio de una celda, el usuario debe aplicar un voltaje de entrada de al menos 4,5 V a la V_CC pin con resistencia del 1% conectado de PROG a GND (usando la fórmula R_PROGRAMA = 1000 • 1,21 V/I_CHG) y pin EN por debajo de 0,92 V. Cuando se cumplen las tres condiciones, el ciclo de carga comienza en modo de corriente constante y la corriente suministrada a la batería es de 1210 V/R_PROGRAMA.

Si la disipación de energía del LTC4059 y/o la temperatura ambiente alta hacen que la temperatura de la unión del dispositivo suba a cerca de 115 °C, la pieza ingresa al modo de temperatura constante y el bucle de retroalimentación térmica del LTC4059 reduce la corriente para controlar la temperatura del troquel a aproximadamente 115 °C. La función permite al usuario programar la corriente de carga en función de las condiciones normales de funcionamiento y elimina la necesidad de un sobrediseño térmico complejo requerido en otros cargadores lineales. Normalmente, las condiciones del circuito de retroalimentación térmica son transitorias a medida que el voltaje de la batería aumenta con la carga (lo que resulta en una menor disipación de energía a través del MOSFET), pero este es el peor de los casos que se debe considerar y los valores máximos que se pueden determinar para la carga. temperatura actual y IC.

Cuando la temperatura del troquel desciende por debajo de los 115 °C, el LTC4059 vuelve al modo de corriente constante directamente desde el modo de temperatura constante. Cuando el voltaje de la batería se acerca al voltaje flotante de 4,2 V, la pieza entra en modo de voltaje constante. En el modo de voltaje constante, el LTC4059 comienza a disminuir la corriente de carga para mantener un voltaje constante en el pin BAT en lugar de una corriente constante fuera del pin BAT (Figura 3).

En cualquier modo, el voltaje en el pin PROG es proporcional a la corriente entregada a la batería. Durante el modo de corriente constante, el voltaje en el pin PROG siempre es de 1,21 V, lo que indica que la corriente de carga programada fluye desde el pin BAT. En modo de temperatura constante o modo de voltaje constante, la corriente del pin BAT se reduce. La corriente de carga en un ciclo de carga dado se puede determinar midiendo el voltaje del pin PROG usando la fórmula I_CHRG = 1000 • (1,21 V/R_PROGRAMA).

Usando el voltaje de la batería y la información de voltaje del pin PROG, el usuario puede determinar el nivel de corriente de carga final apropiado (típicamente 10% de la corriente de carga de escala completa programada). Una vez que se alcanza el nivel de corriente de carga deseado, el usuario puede completar el ciclo de carga simplemente tirando del pin EN por encima de 1.2V.

Disposición de la mesa

La soldadura adecuada del metal expuesto a la parte posterior del gabinete LTC4059 es fundamental para minimizar la resistencia térmica. LTC4059 correctamente soldado en 2500 mm² el panel de cobre de 1 oz de doble cara debe tener una resistencia térmica de aproximadamente 60 °C/W. Cuando el LTC4059 no se suelda correctamente (o no hay suficiente cobre), la resistencia térmica aumenta, lo que hace que el LTC4059 ingrese al modo de temperatura constante con más frecuencia, lo que resulta en un tiempo de carga más prolongado. Por ejemplo, un LTC4059 debidamente soldado puede suministrar más de 900 mA a una batería desde un suministro de 5 V a temperatura ambiente. Sin una conexión térmica trasera, este número podría caer a menos de 500 mA.

Li|CC, ACPR

Hay dos versiones de la pieza disponibles, según los requisitos químicos de la batería. El LTC4059 un Li|CC pin, que desactiva la operación de voltaje constante cuando se tira por encima de 0,92 V. En este modo, el LTC4059 se convierte en una fuente de corriente de precisión capaz de cargar baterías de hidruro de níquel-metal. En el LTC4059A, el Li|CC el eje se coloca un ACPR pin, que monitorea el estado del voltaje de entrada con una salida de drenaje abierto. cuando v_CC más de 3V y 150mV por encima del voltaje del pin BAT, el ACPR el pasador tirará hacia el suelo; de lo contrario, el pin se ve forzado a un estado de alta impedancia.

Combinación de adaptador de pared y fuente de alimentación USB

La figura 4 muestra un ejemplo de una combinación de un adaptador de pared y una entrada de alimentación USB. En este circuito, MP1 se usa para evitar la retroalimentación en el puerto USB cuando hay un adaptador de pared y D1 se usa para evitar la pérdida de energía del USB a través de la resistencia desplegable de 1K. La resistencia de 2,43 k establece la corriente de carga en 500 mA cuando se usa el puerto USB como entrada y la resistencia MN1 y 3,4 k se usa para aumentar la corriente de carga a 850 mA cuando el adaptador de pared está presente.

Conclusión

El LTC4059 es el cargador de batería de iones de litio de celda única más pequeño de la industria con capacidad para una corriente de carga de hasta 900 mA. La función de regulación térmica del LTC4059 permite al diseñador maximizar el tiempo de carga y acortar el tiempo de carga sin correr el riesgo de dañar el circuito. El LTC4059 es la solución ideal para dispositivos USB y portátiles pequeños, tamaño de circuito pequeño, protección térmica, baja corriente de suministro y bajo número de componentes externos.