LTC4120EUD-4.2#PBF

LTC4120 / LTC4120-4.2 無線功率接收器和 400mA 降壓型電池充電器 特 點 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 描 述 LTC®4120 是一款恆定電流 / 恆定電壓無線接收器和電池充 電器。一個外部編程電阻器負責設定高達 400mA 的充電電 流。LTC4120-4.2 適合給鋰離子 / 鋰聚合物電池充電，而 LTC4120 的可編程浮動電壓能夠適應多種電池化學組成。 LTC4120 採用一種動態協調控制 (DHC) 方法，其可跨一個 空氣隙實現高效率的非接觸式充電。 動態協調控制可優化寬耦合範圍內的無線充電 寬輸入電壓範圍 (12.5V 至 40V) 可調的電池浮動電壓 (3.5V 至 11V) 固定的 4.2V 浮動電壓選項 (LTC4120-4.2) 採用單個電阻器設置的 50mA 至 400mA 充電電流 ±1% 反饋電壓準確度 準確度為 5% 的可編程充電電流 無需微處理器 無變壓器磁芯 耐熱性能增強型、扁平 16 引腳 (3mm x 3mm x 0.75mm) QFN 封裝 LTC4120 通過 DHC 引腳調節其輸入電壓。這種方法可調 制一個接收器振蕩電路的諧振頻率以自動調節接收功率和發 送功率，從而提供一款適合對電池供電型設備進行無線充電 的高效解決方案。 利用 LTC4120 進行無線充電提供了一種在嚴酷環境中為設 備供電的方法，並且無需使用昂貴且易發生故障的連接器。 這使得採用 LTC4120 的產品可以在內置於密封外殼裡、安 放在移動或旋轉設備中、或者在重視清潔或衛生條件的場合 中使用時進行充電。 應 用 ■ ■ ■ ■ ■ ■ 手持式儀器 工業 / 軍用傳感器和設備 嚴酷環境 便攜式醫療設備 小型設備 電隔離設備 這款全功能電池充電器包括準確的 RUN 引腳門限、低電壓 電池預處理和失效電池故障檢測、定時器計時終止、自動再 充電和 NTC 適宜溫度充電等特性。FAULT 引腳負責提供失 效電池或溫度故障的指示。 、LT、LTC、LTM、Linear Technology、Linear 標識和 Burst Mode 是凌力爾特公司的註 冊商標。所有其他商標均為其各自擁有者的產權。 一旦充電被終止，LTC4120 將通過 CHRG 引腳發出 “充電 結束” 的指示信號，並進入一種低電流睡眠模式。如果電池 電壓下降了 2.2%，則一種自動重 功能將起動一個新的充 電週期。 典型應用 無線 Rx 電壓 / 充電電流與間距的關係 26.7nF LTC4120 6.5nF Tx CIRCUITRY DHC SW 22nF 35 33µH 47µH BAT FAULT 1.01M CHRG FB GND PROG FBG 3.01k Li-Ion 4.2V ICHARGE MAX + 333 VIN 30 CHGSNS NTC 5µH 400 40 2.2µF 267 NOT CHARGING 25 200 133 20 T CHARGING 15 1.35M 22µF 4120 TA01a 10 0.4 CHARGE CURRENT (mA) 10µF INTVCC FREQ BOOST VIN(RX) (V) IN RUN 67 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 SPACING (cm) 1.6 0 1.8 4120 TA01b 4120ff 更多信息請訪問 www.linear.com.cn/LTC4120 1 LTC4120 / LTC4120-4.2 絕對最大額定值 (注 1) IN，RUN，CHRG，FAULT，DHC ............ –0.3V 至 43V BOOST ................................ VSW – 0.3V 至 (VSW + 6V) SW (DC) .................................... –0.3V 至 (VIN + 0.3V) SW (脈動 5V = 476ns > t MIN(ON) 1.5MHz • 17V (17V – 8.2V ) • 8.2V = 48µH 1.5MHz • 17V • ( 30% • 200mA ) 56μH 是下一個大於該最小值的標準電感值。這個電感值在 輸入開路電壓 VIN(OC) 條件下產生最差紋波電流。VIN(OC) 的估算基於圖 4 中的發送器設計，在最大耦合系數 k = 0.37 時其為： VIN(OC) = k • n • π • VIN(TX) VIN(OC) = 0.37 • 3 • 3.14 • 5V = 34.9V ΔIL = (34.9V – 8.2V ) • 8.2V 1.5MHz • 56µH • 34.9V = 75mA 這產生了一個如下的最壞情況峰值電感器電流： 85% • 2W = 207mA 8.2V 通過選擇一個如下的標準 1% R PROG 電阻器實現了一個 200mA 的充電電流： R PROG = tON = IL(PEAK) = ICHG + ΔIL = 237mA 2 選擇一個飽和電流額定值大於 237mA 最壞情況峰值電感器 電流的電感器。 對於 CIN = 10μF 選擇一個額定電壓為 50V 的電容器，以在 17V 的典型工作輸入電壓條件下實現 10mV 的輸入電壓紋 波： 8.2V 17V = 10mV 10µF 200mA • ΔVIN = 而對 CINTVCC = 2.2μF、CBOOST = 22nF 和 CBAT = 22μF 選 擇額定電壓為 6V 的電容器。如果從發送線圈至接收線圈的 耦合未得到足夠好的控制，則可任選增設二極管 D6 (一個 1W、39V 齊納二極管)，以確保當電池滿充電時 VIN 保持 在 39V 以下。 4120ff 更多信息請訪問 www.linear.com.cn/LTC4120 LTC4120 / LTC4120-4.2 應用信息 在 VBAT > VTRKL 的正常充電期間，功率耗散降低至： 最後，選擇 RUN 引腳分壓器，以在輸入電壓達到 11.2V 時 立即接通充電器。當 R3 = 374k 和 R4 = 102k 時，RUN 引 腳在 VIN = 11.2V 的情況下達到 2.4V。利用該 RUN 引腳分 壓器，一旦 VIN 降至低於 10.5V，LTC4120 即被停用。 PD = 20V • 5mA + 0.3Ω • 0.2A 2 8.2V • 0.2A 2 20V ⎛ 8.2V ⎞ +0.5Ω • 1– • 0.2A 2 = 0.14mW 20V ⎝ ⎠ +0.8Ω • 對於該設計實例，涓流充電期間 (此時開關充電電流在 VBAT = 3V 時為 20mA 且 IIN 開關電流 = 5mA) 的功率耗散 按以下方法計算： 該耗散功率導致了 6°C 的結溫升幅 (在環境溫度以上)。 PD = ( 20V – 3V ) • 10mA + 20V • 5mA 設計實例二：與 LTC4125 一起運作 3V • 0.02A 2 +0.3Ω • 0.02A + 0.8Ω• 20V ⎛ 3V ⎞ 2 +0.5Ω• ⎜ 1– ⎟ • 0.02A 20V ⎠ ⎝ = 0.27W 2 LTC4125 是一款 5W AutoResonant 無線功率發送器，其 可提供若干勝過圖 10 所示之簡單發送器的優勢，包括異物 檢測、外部過熱檢測、開關頻率和發送功率的自動調整。當 使 LTC4120 接收器和 LTC4125 一起工作時，DHC 引腳所 起的作用是使能一個負責優化 LTC4120 之輸入電源電壓的 外部並聯穩壓器，如圖 16 所示。如需瞭解有關使用 LTC4125 的更多信息，請見 LTC4125 的產品手冊。 該耗散功率導致了以下的結溫上升幅度： PD • θJA = 0.27W • 54°C/W = 15°C IIN 4.5V TO 5.5V 33nF 20mΩ DR1 VIN 1µF 100k DSTAT 100k IN DTH STAT CTX 100nF LTC4125 IN PTH1 100k 100V FB EN IMON 348k CTD CTS 470pF GND 47µF 10nF L1 15µH CHGSNS DFB DC1 PTH2 QR1 DHC BOOST LTC4120-4.2 VIN 0.1µF M1 RC 1k SW SW2 IS+ 10nF 24.9k RUN LRX 47µH RNTCTX IS– DC AIR GAP 3mm TO 10mm SW1 59.0k 10nF LTX 24µH NTC PTHM 11.3k 10k IN1 IN2 FTH 7.87k 47µF x2 DFLZ39 10µF DR2 2.21k FAULT BAT CHRG BATSNS PROG GND FREQ INTVCC NTC CFB1 0.1µF 5.23k 3.01k 10k 2.2µF RNTCRX 4.7nF LTX: 760308100110 CTX: C3216C0G2A104J160AC CFB1: GRM188R72A104KA35D DC1: CDBQR70 DSTAT: LTST-C193KGKT-5A DFB: BAS521-7 RNTCTX: NTHS0603N02N1002J RED INDICATES HIGH VOLTAGE PARTS + SINGLE CELL Li-Ion BATTERY PACK DR1, DR2, DR3: DFLS240L DC: BZT52C13 4120 F16 M1: Si7308DN QR1: PMBT3904M RNTCRX: NTHS0402N02N1002F LRX: PCB COIL AND FERRITE: B67410-A0223-X195 OR 760308101303 L1: LPS4018-153ML 圖 16：在一個把 LTC4120-4.2 作為接收器上的 400mA 單節鋰離子電池充電器的 無線功率系統中，LTC4125 在 103kHz 驅動一個 24μH 發送線圈，並採用 1.3A 輸入電流門限，119kHz 頻率限值和 41.5°C 發送線圈表面溫度限值。 4120ff 更多信息請訪問 www.linear.com.cn/LTC4120 29 LTC4120 / LTC4120-4.2 封裝描述 如需了解最近的封裝圖樣，請登錄 http://www.linear.com.cn/designtools/packaging/ UD 封裝 16 引腳塑料 QFN (3mm x 3mm) (參考 LTC DWG # 05-08-1691 RevØ) 0.70 ±0.05 3.50 ±0.05 1.45 ±0.05 2.10 ±0.05 (4 SIDES) PACKAGE OUTLINE 0.25 ±0.05 0.50 BSC RECOMMENDED SOLDER PAD PITCH AND DIMENSIONS 3.00 ±0.10 (4 SIDES) BOTTOM VIEW—EXPOSED PAD PIN 1 NOTCH R = 0.20 TYP OR 0.25 × 45° CHAMFER R = 0.115 TYP 0.75 ±0.05 15 PIN 1 TOP MARK (NOTE 6) 16 0.40 ±0.10 1 1.45 ± 0.10 (4-SIDES) 2 (UD16) QFN 0904 0.200 REF 0.00 – 0.05 NOTE: 1. DRAWING CONFORMS TO JEDEC PACKAGE OUTLINE MO-220 VARIATION (WEED-2) 2. DRAWING NOT TO SCALE 3. ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS 4. DIMENSIONS OF EXPOSED PAD ON BOTTOM OF PACKAGE DO NOT INCLUDE MOLD FLASH. MOLD FLASH, IF PRESENT, SHALL NOT EXCEED 0.15mm ON ANY SIDE 5. EXPOSED PAD SHALL BE SOLDER PLATED 6. SHADED AREA IS ONLY A REFERENCE FOR PIN 1 LOCATION ON THE TOP AND BOTTOM OF PACKAGE 30 0.25 ±0.05 0.50 BSC 4120ff 更多信息請訪問 www.linear.com.cn/LTC4120 LTC4120 / LTC4120-4.2 修改記錄 REV 日期 描述 頁碼 A 12/13 更新了表 4 組件值和商標。 20 B 03/14 從浮動電壓範圍要點中去掉了 “電池” 一詞。 修改了不同的規格限值並去掉了一些溫度點。 修改了頻率範圍、電阻器阻值和注 3。 修正了 IIN 曲線。 修改了正文以反映典型的 fOSC 值。 更新了針對 VPROG 伺服的正文。 修正了用於 fD 的方程。 修改了 ICHG 方程。 更改了充電終止指示的描述。 修改了典型 fOSC 數值。 修改了 “諧振轉換器選擇”。 增添了高電壓前置穩壓器原理圖。 增添了表 4：推薦使用的發送器和高電壓前置穩壓器組件。 增添了表 5：推薦使用的接收器組件。 增添了圖 11：Rx 線圈的 PCB 佈局。 增添了圖 12：Tx 佈局：演示電路 1968A 的照片。 增添了圖 13：Rx 佈局：演示電路 1967A-B 的照片。 修改了 fOSC 和 fT 的正文。 修改了 fT 方程。 修改了 tON、L3、ΔIL 和 IL(PEAK) 的方程，並變更了功率耗散計算。 1 3 4 7 8 9 14 15 16 17 20 20 20 20 20 20 20 23 28 29 C 05/14 把最小 VIN 增大至 12.5V。 增添了固定 4.2V 浮動版本，在整篇文件中還增添了針對 –4.2 的電參數。 把 IFB 規格增加至 “典型值 25nA”。 把最小 RECHG 門限減小至 –38mV。 修改了 VPROG 伺服電壓規格 (改動幅度為 +3mV 和 –3mV)。 放寬了 VTRKL 門限電壓規格 (幅度為 –20mV 和 +10mV)。 把典型 VTRKL 遲滯規格增加至 50mV。 把有關 ISW 的條件從 “IN = 浮動” 變更為 “IN = 開路” 修訂了 RSNS 電流限值典型性能特征曲線。 增添了典型 VFLOAT 性能特征曲線。 糾正了 IIN(SWITCHING) 電流曲線 (x 軸) 中的錯誤。 增添了 –4.2 BATSNS 連接的方框圖。 把圖 4、5 和 10 中的 VIN 標記變更為 IN。 去除了 SW 電感器選擇表 6、7、8 和 9。 在圖 15 中把 BAT 去耦電容器的位置與反向隔離二極管進行了交換。 校正了 L3 方程中的錯誤並替換上了正確的 56μH 電感器。 D 01/15 把 CBAT 從 10μF 變更為 22μF。 增添了針對 RX 線圈的 Wurth 器件型號。 增添了針對 TX 和 RX 線圈的 INTER-TECH 器件型號。 為清楚起見去掉了基本 TX 原理圖中 68μH 偏置電感器上的 dos。 E 05/15 澄清了 “電池充電電流與溫度的關係” 曲線。 澄清了充電結束和電池再充電部分。 修改了 “沒有一個輸入電源時的操作” 部分。 擴大了 “反向隔離” 部分。 修改了 “INTVCC 電源和電容器” 部分。 F 02/16 去掉了 INTVCC 規格。把「注 4」移至 UV_INTVCC 規格。 修改了 INTVCC 引腳定義。 在 “應用信息” 中包括了 LTC4125。 增添了 4.99k 的注釋。 從 LTC4125 產品手冊添加了相關段落和圖 16。 對圖 17 進行了重新編號。添加至 “相關器件” 表格。 1、3 1 至 32 3 3 3 4 4 4 5 6 8 11 12、13、20 不適用 25 28 1、9、10、11、14、25、 26、29 和 32 22 21、22 12、20 6 16 18 25、26 26 3 9 24 25 29 32 4120ff 由凌力爾特公司提供的資料均視為準確可靠，但本公司不為其應用承擔責任。如果使用此處所描述 的電路侵犯了相關的專利權，則與本公司無關。中文版僅供參考之用，內容以英文版為準。 31 LTC4120 / LTC4120-4.2 典型應用 C2S 26.7nF D9 IN D8 D5 CIN 10µF D6 OPT 374k C2P 6.5nF 5µH FAULT RUN CHGSNS BAT DHC FB 102k Tx CIRCUITRY LX 2k INTVCC FREQ BOOST 2k LTC4120 SW CHRG LR CBST 22nF RFB1 2.00M CINTVCC 2.2µF LSW 56µH VFLOAT 8.2V CBAT 22µF 10k RFB2 825k FBG 47µH GND NTC PROG T RPROG 6.04k D5, D8, D9: DFLS240L D6: MMSZ5259BT1G OR DFLZ39 (OPT) LSW: SLF6028-470MR59 T: NTHS0402N02N1002F + Li-Ion 4120 F16 圖 17：諧振耦合式功率傳輸充電器應用 相關器件 器件型號 描述 AN138 無線功率用戶指南 LTC3335 具集成型庫侖計數器的 毫微功率降壓-升壓 680nA 輸入靜態電流 (無負載時輸出處於調節狀態)，1.8V 至 5.5V 輸入工作範圍，輸出電流高達 50mA， 效率高達 90%。 LT3650-8.2/ LT3650-8.4 單片式、2A、開關模式異步 兩節鋰離子電池充電器 獨立型 9V ≤ VIN ≤ 32V (40V 絕對最大值)，1MHz，2A 可編程充電電流，定時器或 C/10 終止，小的和 極少的外部組件，3mm x 3mm DFN-12 封裝，“-8.2” 用於 2 x 4.1V 浮動電壓電池，“-8.4” 用於 2 x 4.2V 浮動電壓電池。 LT3650-4.1/ LT3650-4.2 單片式、2A、開關模式異步 單節鋰離子電池充電器 獨立型 4.75V ≤ VIN ≤ 32V (40V 絕對最大值)，1MHz，2A 可編程充電電流，定時器或 C/10 終止，小的和 極少的外部組件，3mm x 3mm DFN-12 封裝，“-4.1” 用於 4.1V 浮動電壓電池，“-4.2” 用於 4.2V 浮動電壓電池。 LT3652HV 功率跟蹤 2A 電池充電器 用於太陽能應用中的峰值功率跟蹤 (MPPT) 的輸入電源電壓調節環路 (獨立型)，4.95V ≤ VIN ≤ 34V (40V 絕對最大值)，1MHz，2A 充電電流，3.3V ≤ VOUT ≤ 18V，定時器或 C/10 充電終止， 3mm x 3mm DFN-12 封裝和 MSOP-12 封裝。 LTC4070 並聯鋰離子 / 鋰聚合物電池 充電器系統 低工作電流 (450nA)，在整個溫度和並聯電流範圍內實現了 1% 的浮置電壓準確度，50mA 最大內部 並聯電流 (採用外部 PFET 時可達 500mA)，可通過引腳來選擇的浮動電壓：4.0V、4.1V、4.2V。 用於提供鋰離子 / 鋰聚合物電池保護的超低功率脈動 NTC 浮動電壓查驗，8 引腳 (2mm x 3mm) DFN 封裝 和 MSOP 封裝。 LTC4071 具低電池電量斷接功能的並聯 鋰離子 / 鋰聚合物電池 充電器系統 集成型電池組保護，