LINER LTC4000

LTC4000
用於電池充電和電源管理的
高電壓、大電流控制器
特 點
■
■
■
■
■
■
■
■
■
■
描 述
LTC®4000 是一款高電壓、高性能控制器，該器件可將許
多外部補償的 DC/DC 電源轉換為一個全功能的電池充電
器。
當與一個 DC/DC 轉換器搭配使用時可實現完整的高性能
電池充電器
寬的輸入和輸出電壓範圍：3V 至 60V
輸入理想二極管用於低損耗反向隔離和負載均分
輸出理想二極管用於低損耗的 PowerPathTM 控制以及與
電池的負載均分
可在采用嚴重放電電池的情況下實現 “即時接通” 運作
可編程輸入和充電電流：±1% 準確度
準確度達 ±0.25% 的可編程浮置電壓
可編程 C/X 或基於定時器的充電終止方式
用於適宜溫度充電的 NTC 輸入
28 引腳 4mm x 5mm QFN 封裝或 SSOP 封裝
LTC4000 的電池充電器的特點包括：準確 (±0.25%) 的可
編程浮置電壓、可選的定時器或電流充電終止方式、采用
NTC 熱敏電阻實現適宜溫度充電、自動再充電、用於深度
放電電池的 C/10 涓流充電、失效電池檢測以及狀態指示器
輸出功能。另外，電池充電器還具有精準的電流檢測能
力，可為大電流應用提供較低的檢測電壓。
LTC4000 支持智能型電源通路 (PowerPath) 控制。一個外
部 PFET 用於提供低損耗反向電流保護。另一個外部 PFET
則負責提供電池的低損耗充電或放電。這第二個 PFET 還有
助於實現一種 “即時接通” 功能，即使在與一個嚴重放電或
發生短路故障的電池相連接的情況下，此項功能也可提供
即時的下遊繫統功率。
應 用
■
■
■
■
高功率電池充電器繫統
高性能便攜式儀器
配備電池的工業設備
筆記本電腦 / 小型筆記本電腦
LTC4000 采用扁平 28 引腳 4mm x 5mm QFN 封裝和
SSOP 封裝。
、LT、LTC、LTM、Linear Technology 和 Linear 標識是凌力爾特公司的注冊商標。
PowerPath 是凌力爾特公司的商標。所有其他商標均為其各自擁有者的產權。
典型應用
充電周期中充電電流和 VOUT 分布
與 VBAT 的關繫曲線
用於三節磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池的 48V 至 10.8V/10A 降壓型轉換器充電器
IN
5mΩ
LT3845A
OUT
VC
SHDN
14.7k
ITH
47nF
CC
IID IGATE CSP
BAT
127k
LTC4000
ENC
CHRG
FLT
FBG
133k
BFB
IIMON
10nF
1.13M
NTC
IBMON
10nF
TMR
CL
0.1µF
24.9k
10k
GND BIAS
CX
22.1k
12
11
ICHARGE
10
8
Si7135DP
OFB
VM
3.0V
5mΩ
CSN
BGATE
1µF
1.10M
100k
1.15M
10k
1µF
VBAT
10.8V FLOAT
10A MAX CHARGE
CURRENT
3-CELL LiFePO4
BATTERY PACK
VOUT
10.5
10
VOUT
6
9.5
4
9
2
0
8.5
ICHARGE
6
7
VOUT (V)
RST
CLN
IN
VOUT
12V, 15A
100µF
ICHARGE (A)
15V TO 60V
Si7135DP
8
10
9
VBAT (V)
11
8
12
4000 TA01b
4000 TA01a
NTHS0603
N02N1002J
4000fa
1
LTC4000
絕對最大額定值
(注 1)
IN、CLN、IID、CSP、CSN、BAT.................. –0.3V 至 62V
IN-CLN、CSP-CSN............................................. –1V 至 1V
OFB、BFB、FBG............................................ –0.3V 至 62V
FBG .............................................................. –1mA 至 2mA
IGATE ........... Max (VIID、VCSP) – 10V 至 Max (VIID、VCSP)
BGATE.......Max (VBAT、VCSN) – 10V 至 Max (VBAT、 VCSN)
ENC、CX、NTC、VM .................................. –0.3V 至 VBIAS
IL、CL、TMR、IIMON、CC......................... –0.3V 至 VBIAS
BIAS.............................................. –0.3V 至 Min (6V、VIN)
IBMON ................................... –0.3V 至 Min (VBIAS、VCSP)
ITH .................................................................. –0.3V 至 6V
CHRG、FLT、RST......................................... –0.3V 至 62V
CHRG、FLT、RST........................................ –1mA 至 2mA
工作結溫範圍 (注 2) ...................................................125°C
貯存溫度範圍 ............................................. –65°C 至 150°C
引腳配置
TOP VIEW
3
26 RST
CL
4
25 VM
TMR
5
24 GND
GND
6
23 IN
ITH
CX
CC
27 IIMON
28 27 26 25 24 23
CLN
28 IL
2
IN
1
IBMON
GND
ENC
IID
TOP VIEW
22 IGATE
VM 1
RST 2
21 OFB
IIMON 3
20 CSP
IL 4
19 CSN
29
GND
ENC 5
18 BGATE
IBMON 6
17 BAT
CX 7
16 BFB
CL 8
15 FBG
NTC
BIAS
CHRG
FLT
GND
TMR
9 10 11 12 13 14
UFD PACKAGE
28-LEAD (4mm × 5mm) PLASTIC QFN
TJMAX = 125°C, θJA = 43°C/W, θJC = 4°C/W
EXPOSED PAD (PIN 29) IS GND, MUST BE SOLDERED TO PCB
FLT
7
22 CLN
CHRG
8
21 CC
BIAS
9
20 ITH
NTC 10
19 IID
FBG 11
18 IGATE
BFB 12
17 OFB
BAT 13
16 CSP
BGATE 14
15 CSN
GN PACKAGE
28-LEAD PLASTIC SSOP
TJMAX = 125°C, θJA = 80°C/W, θJC = 25°C/W
訂購信息
無鉛塗層
卷帶
器件標記 *
封裝描述
溫度範圍
LTC4000EUFD#PBF
LTC4000EUFD#TRPBF
4000
28 引腳 (4mm x 5mm) 塑料 QFN
–40°C 至 125°C
LTC4000IUFD#PBF
LTC4000IUFD#TRPBF
4000
28 引腳 (4mm x 5mm) 塑料 QFN
–40°C 至 125°C
LTC4000EGN#PBF
LTC4000EGN#TRPBF
LTC4000GN
28 引腳塑料 SSOP
–40°C 至 125°C
LTC4000IGN#PBF
LTC4000IGN#TRPBF
LTC4000GN
28 引腳塑料 SSOP
–40°C 至 125°C
對於規定工作溫度範圍更闊的器件，請咨詢凌力爾特公司。*溫度等級請見集裝箱上的標識。
有關非標準含鉛塗層器件的信息，請咨詢凌力爾特公司。
如需了解更多有關無鉛器件標記的信息，請登錄：http://www.linear.com.cn/leadfree/
如需了解更多有關卷帶規格的信息，請登錄：http://www.linear.com.cn/tapeandreel/
4000fa
2
LTC4000
電特性
凡標注 • 表示該指標適用整個工作結溫範圍，否則僅指 TA = 25°C。VIN = VCLN = 3V 至 60V，除非特別注明 (注 2、3)。
符號
參數
條件
最小值
典型值
最大值
單位
VIN
輸入電源工作範圍
IIN
輸入靜態工作電流
IBAT
電池引腳工作電流
VIN ≥ 3V，VCSN = VCSP ≥ VBAT
50
100
μA
僅電池的靜態電流
VIN = 0V，VCSN = VCSP ≤ VBAT
10
20
μA
0.4
V
3
60
0.4
V
mA
停機
ENC 輸入電壓為低電平
ENC 輸入電壓為高電平
1.5
V
ENC 上拉電流
VENC = 0V
–4
–2
ENC 開路電壓
VENC = 開路
1.5
2.5
1.133
1.125
1.136
1.136
–0.5
μA
V
電壓調節
VBFB_REG
電池反饋電壓
BFB 輸入電流
VOFB_REG
OFB 輸入電流
± 0.1
VBFB = 1.2V
輸出反饋電壓
1.139
1.147
1.181
1.193
µA
1.204
± 0.1
VOFB = 1.2V
RFBG
接地回線反饋電阻
VRECHRG(RISE)
上升再充電電池門限電壓
VBFB_REG 的 %
VRECHRG(HYS)
再充電電池門限電壓遲滯
VBFB_REG 的 %
VOUT(INST_ON)
即時接通電池電壓門限
VBFB_REG 的 %
82
VLOBAT
下降低電池電量門限電壓
VBFB_REG 的 %
65
VLOBAT(HYS)
低電池電量門限電壓遲滯
VBFB_REG 的 %
被監視電流電壓與檢測電壓之比
VIN,CLN ≤ 50mV，VIIMON / VIN,CLN
VCSP,CSN ≤ 50mV，VIBMON / VCSP,CSN
檢測電壓偏移
VCSP,CSN ≤ 50mV，VCSP = 60V 或
VCSP,CSN ≤ 50mV，VIN = 60V (注 4)
96.9
V
V
V
µA
100
400
Ω
97.6
98.3
%
86
90
%
68
71
%
0.5
%
3
%
電流調節
VOS
19
20
–300
CLN 引腳電流
21
300
±1
V/V
µV
µA
CSP 引腳電流
VIGATE = 開路，VIID = 0V
90
µA
CSN 引腳電流
VIGATE = 開路，VBAT = 0V
45
µA
IIL
輸入電流限值編程引腳的上拉電流
–55
–50
–45
µA
ICL
充電電流限值編程引腳的上拉電流
–55
–50
–45
µA
ICL_TRKL
涓流充電模式中充電電流限值編程引腳的上拉電流
–5.5
–5.0
–4.5
µA
至 GND 的輸入電流監視器電阻
40
90
140
kΩ
至 GND 的充電電流監視器電阻
40
90
140
kΩ
mV
電流環路的 A4、A5 誤差放大器失調 (見圖 1)
最大可編程電流限制電壓範圍
VBFB < VLOBAT
VCL = 0.8V，VIL = 0.8V
–10
0
10
0.985
1.0
1.015
V
4000fa
3
LTC4000
電特性
凡標注 • 表示該指標適用整個工作結溫範圍，否則僅指 TA = 25°C。VIN = VCLN = 3V 至 60V，除非特別注明 (注 2、3)。
符號
參數
條件
最小值
典型值
最大值
CX 引腳上拉電流
VCX,IBMON(OS)
CX 比較器偏移電壓，IBMON 下降
VCX,IBMON(HYS)
CX 比較器遲滯電壓
單位
VCX = 0.1V
–5.5
–5.0
–4.5
µA
VCX = 0.1V
0.5
10
25
mV
充電終止
TMR 上拉電流
VTMR = 0V
TMR 下拉電流
VTMR = 2V
TMR 引腳頻率
CTMR = 0.01μF
400
5
mV
–5.0
µA
µA
5.0
用於 CX 充電終止的 TMR 門限
500
600
Hz
2.1
2.5
V
2.9
3.5
h
tT
充電終止時間
CTMR = 0.1μF
2.3
tT/tBB
充電終止時間與失效電池指示器時間之比
CTMR = 0.1μF
3.95
4
4.05
h/h
VNTC(COLD)
NTC 低溫門限
VNTC 上升，VBIAS 的 %
73
75
77
%
VNTC(HOT)
NTC 高溫門限
VNTC 下降，VBIAS 的 %
33
35
37
%
VNTC(HYS)
NTC 門限遲滯
VBIAS 的 %
VNTC(OPEN)
NTC 開路電壓
VBIAS 的 %
45
50
RNTC(OPEN)
NTC 開路輸入電阻
5
%
50
300
%
kΩ
電壓監視和漏極開路狀態引腳
VVM(TH)
VM 輸入下降門限
VVM(HYS)
VM 輸入遲滯
IRST,CHRG,FLT(LKG)
1.181
1.193
1.204
V
40
mV
VM 輸入電流
VVM = 1.2V
±0.1
µA
漏極開路狀態引腳漏電流
VPIN = 60V
±1
µA
VRST,CHRG,FLT(VOL) 漏極開路狀態引腳電壓
IPIN = 1mA
0.4
V
輸入電源通路 (PowerPath) 控制
輸入 PowerPath 正向調節電壓
VIID,CSP，3V ≤ VCSP ≤ 60V
0.1
8
20
mV
輸入 PowerPath 快速反向關斷門限電壓
VIID,CSP，3V ≤ VCSP ≤ 60V，
VIGATE = VCSP – 2.5V，
ΔIIGATE /ΔVIID,CSP ≥ 100μA/mV
–90
–50
–20
mV
輸入 PowerPath 快速正向接通門限電壓
VIID,CSP，3V ≤ VCSP ≤ 60V，
VIGATE = VCSP – 1.5V，
ΔIIGATE /ΔVIID,CSP ≥ 100μA/mV
40
80
130
mV
輸入柵極關斷電流
VIID = VCSP，VIGATE = VCSP – 1.5V
–0.3
µA
輸入柵極接通電流
VCSP = VIID – 20mV，
VIGATE = VIID – 1.5V
–0.3
µA
IIGATE(FASTOFF)
輸入柵極快速關斷電流
VCSP = VIID + 0.1V，
VIGATE = VCSP – 3V
–0.5
mA
IIGATE(FASTON)
輸入柵極快速接通電流
VCSP = VIID – 0.2V，
VIGATE = VIID – 1.5V
0.7
mA
VIGATE(ON)
輸入柵極箝位電壓
IIGATE = 2μA，VIID = 12V 至 60V，
VCSP = VIID – 0.5V，測量
VIID – VIGATE
13
15
V
輸入柵極關斷電壓
IIGATE = –2μA，VIID = 3V 至 59.9V，
VCSP = VIID + 0.5V，測量
VCSP – VIGATE
0.45
0.7
V
4000fa
4
LTC4000
電特性
凡標注 • 表示該指標適用整個工作結溫範圍，否則僅指 TA = 25°C。VIN = VCLN = 3V 至 60V，除非特別注明 (注 2、3)。
符號
參數
條件
最小值
典型值
最大值
單位
電池電源通路 (PowerPath) 控制
電池放電 PowerPath 正向調節電壓
VBAT,CSN，2.8V ≤ VBAT ≤ 60V
0.1
8
20
mV
電池 PowerPath 快速反向關斷門限電壓
VBAT,CSN，2.8V ≤ V ≤ VBAT ≤ 60V，
未充電，VBGATE = VCSN – 2.5V，
ΔIBGATE /ΔVBAT,CSN ≥ 100μA/mV
–90
–50
–20
mV
電池 PowerPath 快速正向接通門限電壓
VBAT,CSN，2.8V ≤ VCSN ≤ 60V，
VBGATE = VBAT – 1.5V，
ΔIBGATE /ΔVBAT,CSN ≥ 100μA/mV
40
80
130
mV
電池柵極關斷電流
VBGATE = VCSN – 1.5V，VCSN ≥ VBAT，
VOFB < VOUT(INST_ON) 且充電在進行
之中，或 VCSN = VBAT 且未進行充電
–0.3
μA
電池柵極接通電流
VBGATE = VBAT – 1.5V, VCSN ≥ VBAT，
VOFB > VOUT(INST_ON) 且充電在進行
之中，或 VCSN = VBAT – 20mV
0.3
μA
IBGATE(FASTOFF)
電池柵極快速關斷電流
VCSN = VBAT + 0.1V 且未進行充電，
VBGATE = VCSN – 3V
–0.5
mA
IBGATE(FASTON)
電池柵極快速接通電流
VCSN = VBAT – 0.2V，
VBGATE = VBAT – 1.5V
0.7
mA
VBGATE(ON)
電池柵極箝位電壓
IBGATE = 2μA，VBAT = 12V 至 60V，
VCSN = VBAT – 0.5V，測量
VBAT – VBGATE
13
15
V
電池柵極關斷電壓
IBGATE = –2μA，VBAT = 2.8V 至 60V，
VCSN = VBAT + 0.5V 且未進行充電，
測量 VCSN – VBGATE
0.45
0.7
V
2.9
3.5
V
–10
%
BIAS 穩壓器輸出和控制引腳
VBIAS
BIAS 輸出電壓
無負載
ΔVBIAS
BIAS 輸出電壓負載調節
IBIAS = –0.5mA
–0.5
BIAS 輸出短路電流
VBIAS = 0V
–12
mA
誤差放大器的跨導
CC = 1V
0.5
mA/V
2.4
誤差放大器的開環 DC 電壓
CC = 開路
IITH(PULL_UP)
ITH 引腳上的上拉電流
VITH = 0V，CC = 0V
–6
–5
IITH(PULL_DOWN)
ITH 引腳上的下拉電流
VITH = 0.4V，CC = 開路
0.5
1
mA
ITH 驅動器的開環 DC 電壓增益
ITH = 開路
60
dB
注 1：高於 “絕對最大額定值” 部分所列數值的應力有可能對器件造成永久性的
損害。在任何絕對最大額定值條件下暴露的時間過長都有可能影響器件的可靠
性和使用壽命。
注 2：LTC4000 是在使 TJ ≈ TA 的條件下測試的。LTC4000E 保證在 0°C 至
85°C 的結溫範圍內滿足規定性能要求。–40°C 至 125°C 工作結溫範圍內的指
標通過設計、特性分析和統計過程控制中的相關性來保證。LTC4000I 的性能
指標在整個 –40°C 至 125°C 的工作結溫範圍內得到保證。請注意，與這些規
80
dB
–4
μA
格指標相一致的最大環境溫度由特定的工作條件與電路板布局、封裝的額定熱
阻及其他環境因素共同決定。結溫 (TJ，單位：°C) 依據下面的公式由環境溫
度 (TA，單位：°C) 和功耗 (PD，單位：W) 來計算：
TJ = TA + (PD•θJA)，式中的 θJA (單位：°C/W) 為封裝的熱阻抗。
注 3：所有流入引腳的電流為正；所有電壓值均參考於 GND，除非特別注明。
注 4：這些參數由設計提供保證，並未經過全面測試。
4000fa
5
LTC4000
典型性能特征
1.0
輸入靜態電流和電池靜態電流
隨溫度的變化情況
VIN = VBAT = 15V
VCSN = 15.5V
100
IIN
僅電池的靜態電流
隨溫度的變化情況
1.20
1.19
VBAT = 60V
10
1.18
IBAT
PIN VOLTAGE (V)
1
IBAT (µA)
IIN/IBAT (mA)
VBAT = 15V
0.1
電池浮動電壓反饋、輸出電壓
調節反饋和 VM 下降門限隨
溫度的變化情況
VBAT = 3V
0.1
0.01
1.17
VVM(TH)
VOFB_REG
1.16
1.15
1.14
VBFB_REG
1.13
1.12
1.11
0
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
0.001
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G01
PERCENT OF VBFB_REG (%)
95
4000 G02
電池門限：上升再充電、即時接通
調節和下降低電池電量 (作為電池浮
動反饋的一個百分數) 與溫度的關繫
曲線
–45.0
1.015
1.010
IIL/ICL (µA)
VOUT(INST_ON)
75
–50.0
VLOBAT
–55.0
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G04
電流檢測偏移電壓與溫度的
關繫曲線
300
VMAX(IN,CLN) = VMAX(CSP, CSN) = 15V
0.985
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G06
CX 比較器偏移電壓 (VIBMON下降)
與溫度的關繫曲線
整個共模電壓範圍內的電流檢測
偏移電壓
200
100
0
VOS(IN, CSN)
VOS(CSP, CSN)
0
VOS(IN, CSN)
–100
–200
–200
–300
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
–300
4000 G07
VCX,IBMON (mV)
VOS(CSP, CSN)
VOS (µV)
VOS (µV)
0.995
4000 G05
200
–100
1.000
0.990
60
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
100
1.005
–52.5
65
300
最大可編程電流限制電壓隨溫度的
變化情況
–47.5
80
70
IL 和 CL 上拉電流
隨溫度的變化情況
VRECHRG(RISE)
90
85
4000 G03
VIIMON /VIBMON (V)
100
1.10
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
0
10
20
30
40
50
VMAX(IN, CLN) /VMAX(CSP, CSN) (V)
60
4000 G08
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G09
4000fa
6
LTC4000
典型性能特征
充電終止時間 (采用 0.1μF 定時器
電容器) 與溫度的關繫曲線
3.5
80
VNTC(COLD)
75
3.3
14
12
2.9
2.7
65
60
55
VNTC(OPEN)
50
45
VNTC(HOT)
40
2.5
VIID,CSP /VBAT,CSN (mV)
PERCENT OF VBIAS (%)
70
3.1
TT (h)
PowerPath 正向電壓調節與溫度
的關繫曲線
NTC 門限與溫度的關繫曲線
VIGATE (ON)/VBGATE(ON) (V)
VIID = VBAT = 15V
–30
14.0
13.5
13.0
12.5
12.0
–60
11.5
–90
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
11.0
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G13
3.2
4000 G14
BIAS 電壓 (在 0.5mA 負載) 與
溫度的關繫曲線
1.4
VIN = 15V
2.9
2.8
500
450
400
350
300
250
200
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
VIN = 3V
2.7
ITH 下拉電流與 VITH 的關繫曲線
2.5
VITH = 0.4V
1.3
IITH(PULL-DOWN) (mA)
VIN = 60V
2.0
1.2
1.1
1.0
0.9
0.8
0.7
2.6
VCSP = VCSN = 15V
550
ITH 下拉電流與溫度的關繫曲線
1.5
3.1
3.0
600
4000 G15
IITH(PULL-DOWN) (mA)
VIID,CSP /VBAT,CSN (mV)
90
VBIAS (V)
PowerPath 關斷柵極電壓與溫度
的關繫曲線
PowerPath 接通柵極箝位電壓
與溫度的關繫曲線
14.5
0
4000 G12
VMAX(IID,CSP),IGATE/VMAX(BAT,CSN),BGATE (mV)
15.0
VIID = VBAT = 15V
30
4
4000 G11
PowerPath 快速關斷、快速接通
和正向調節與溫度的關繫曲線
60
VIID = VBAT = 60V
6
0
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
30
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G10
120
VIID = VBAT = 3V
8
2
35
2.3
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
VIID = VBAT = 15V
10
1.5
1.0
0.5
0.6
2.5
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G16
0.5
–60 –40 –20 0 20 40 60 80 100 120 140
TEMPERATURE (°C)
4000 G17
0
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
VITH (V)
1
4000 G18
4000fa
7
LTC4000
引腳功能
(QFN/SSOP 封裝)
VM (引腳 1 / 引腳 25)：電壓監視器輸入。至一個具
1.193V 門限 (典型值) 的準確比較器的高阻抗輸入。該引
腳負責控制 RST 輸出引腳的狀態。在被監視電壓與 GND
之間連接一個電阻分壓器 (RVM1、RVM2)，並將其中心抽
頭點連接至該引腳。被監視電壓的下降門限按下式計算：
VVM _ RST =
R VM1 + RVM2
RVM2
• 1.193V
式中的 RVM2 是位於 VM 引腳和 GND 之間的底端電阻器。
假如未使用電壓監視功能，則將之連接至 BIAS 引腳。
RST (引腳 2 / 引腳 26)：高電壓漏極開路復位輸出。當
VM 引腳上的電壓低於 1.193V 時，該狀態引腳被拉至低電
平。當被驅動至低電平時，該引腳能停用一個 DC/DC 轉換
器 (當連接至該轉換器的使能引腳時)。另外，該引腳還能
驅動一個 LED，以提供被監視電壓的可視狀態指示器。不
用時應將該引腳短接至 GND。
IIMON (引腳 3 / 引腳 27)：輸入電流監視器。該引腳上的
電壓是輸入電流檢測電阻器 (RIS) 兩端的檢測電壓
(VIN,CLN) 的 20 倍 (典型值)，從而提供了一個與輸入電流
成比例的電壓。把一個合適的電容器連接至該引腳可獲得
時間平均輸入電流的一種電壓表示。將該引腳短路至 GND
可停用輸入電流限制功能。
IL (引腳 4 / 引腳 28)：輸入電流限值編程。將輸入電流編
程電阻器 (RIL) 連接至該引腳。該引腳可提供 50μA 電流。
調節環路將該引腳上的電壓與輸入電流監視器電壓
(VIIMON) 進行比較，並相應地驅動 ITH 引腳以確保不超過
編程輸入電流限值。輸入電流限值采用下式來確定：
⎛ RIL ⎞
IILIM = 2.5µA • ⎜ ⎟
⎝ RIS ⎠
式中的 RIS 是與 IN 和 CLN 引腳相連的檢測電阻器。將該
引腳置於開路狀態可獲得 50mV/ R IS 的最大輸入電流限
值。
ENC (引腳 5 / 引腳 1)：使能充電引腳。高阻抗數字輸入引
腳。把該引腳拉至 1.5V 以上可使能充電，而拉至 0.5V 以
下則停用充電。把該引腳置於開路狀態將使內部 2μA 上拉
電流把此引腳拉至 2.5V (典型值)。
IBMON (引腳 6 / 引腳 2)：電池充電電流監視器。該引腳
上的電壓是電池電流檢測電阻器 (R CS ) 兩端的檢測電壓
(VCSP,CSN) 的 20 倍 (典型值)，從而提供了一個與電池充
電電流成比例的電壓。把一個合適的電容器連接至該引腳
可獲得時間平均電池充電電流的一種電壓表示。將該引腳
短路至 GND 可停用充電電流限制功能。
CX (引腳 7 / 引腳 3)：充電電流終止編程。將充電電流終
止編程電阻器 (RCX) 連接至該引腳。此引腳是至一個比較
器的高阻抗輸入，並可提供 5μA 的電流。當該引腳上的電
壓高於充電電流監視器電壓 (VIBMON) 時，CHRG 引腳變
至高阻抗，指示達到了 CX 門限。當出現這種情況時，假
如 TMR 引腳被短接至 BIAS 引腳，則充電電流將被立刻終
止，否則充電將繼續，直到充電終止定時器超時為止。充
電電流終止值采用下式來確定：
IC / X =
(0.25µA • R CX ) − 0.5mV
R CS
式中的 RCS 為連接至 CSP 和 CSN 引腳的檢測電阻器。請
注意，若 RCX = RCL ≤ 19.1kΩ (RCL 是充電電流編程電阻
器)，則充電電流終止值為滿充電電流的 1/10 (更為人所熟
悉的名稱是 C/10)。將該引腳短路至 GND 可停用 CX 終止
方式。
CL (引腳 8 / 引腳 4)：充電電流限值編程。將充電電流編
程電阻器 (R CL ) 連接至該引腳。此引腳可提供 50μA 電
流。調節環路將該引腳上的電壓與充電電流監視器電壓
(VIBMON) 進行比較，並相應地驅動 ITH 引腳以確保不超過
編程充電電流限值。充電電流限值由下式確定：
4000fa
8
LTC4000
引腳功能
(QFN/SSOP 封裝)
⎛R ⎞
ICLIM = 2.5µA • ⎜ CL ⎟
⎝ RCS ⎠
式中的 RCS 是連接至 CSP 和 CSN 引腳的檢測電阻器。將
該引腳置於開路狀態可獲得 50mV/RCS 的最大充電電流限
值。
TMR (引腳 9 / 引腳 5)：充電定時器。對於每個 104s 充電
終止時間和 26s 失效電池指示器時間，將 1nF 外部電容
(CTMR) 連接至 GND。把該引腳短接至 GND 可防止失效電
池指示器時間和充電終止時間超時 —— 從而提供連續涓流
充電和 Top-Off 型浮動電壓調節充電。而把該引腳短路至
BIAS 則可停用失效電池檢測功能並啟用 C/X 充電終止方
式。
GND (引腳 10、28、29 / 引腳 6、24)：器件接地引腳。把
接地引腳連接至一個合適的 PCB 銅接地平面可實現正確的
電操作。QFN 封裝的裸露襯墊必須焊接至 PCB 的地，以實
現額定的散熱性能。
FLT、CHRG (引腳 11、引腳 12 / 引腳 7、引腳 8)：充電狀
態指示器引腳。這些引腳是高電壓漏極開路下拉引腳。當充
電過程中存在過壓或欠壓狀況、或在充電期間 BFB 引腳上
的電壓處於低電池電量電壓門限以下的持續時間超過了失效
電池指示器時間時，FLT 引腳電平將被拉低。CHRG 引腳電
平在充電周期中被拉低。請查閱 “應用信息” 部分，詳細了
解由這兩個引腳的狀態組合所指示的具體模式。利用一個與
電阻器串聯的 LED 將上述的每個引腳上拉至一個電壓源，
以提供一個可視的狀態指示器。不用時，應將這些引腳短路
至 GND。
BIAS (引腳 13 / 引腳 9)：2.9V 穩壓器輸出。連接一個數值
至少為 470nF 的電容器以對該 2.9V 穩定電壓輸出進行旁
路。使用該引腳對電阻分壓器施加偏置，以設置 NTC 引腳
上的電壓。
NTC (引腳 14 / 引腳 10)：熱敏電阻輸入。在 NTC 和 GND
之間連接一個熱敏電阻，並在 BIAS 與 NTC 之間連接一個
對應的電阻器。該引腳上的電平用於確定電池溫度是否適於
安全的充電。如果熱敏電阻指示溫度不適合安全充電，則充
電電流和充電定時器將被中止。當溫度返回至安全區域時，
充電操作將恢復進行。把該引腳置於開路狀態或連接至一個
電容器可停用適宜溫度充電功能。
FBG (引腳 15 / 引腳 11)：反饋接地引腳。這是用於連接至
BFB 和 OFB 引腳的電阻分壓器的接地回線引腳。一旦 IN
引腳上的有效 (通常 >3V)，則該引腳將立即具有一個至地
的 100Ω 電阻。當 IN 引腳上的電壓無效時，則該引腳與
GND 斷接，以確保連接至 BFB 和 OFB 引腳的電阻分壓器
在電池是僅有的可用電源時不會繼續消耗電池的電量。
BFB (引腳 16 / 引腳 12)：電池反饋電壓引腳。該引腳是一
個高阻抗輸入引腳，用於檢測電池電壓電平。在穩壓狀態
下，電池浮動電壓環路將該引腳上的電壓設定為 1.136V
(典型值)。把該引腳連接至位於 BAT 引腳與 FBG 引腳之間
的一個電阻分壓器的中心節點，以設定電池浮動電壓。這
樣，可利用下式求得電池浮動電壓：
VFLOAT =
RBFB2 + RBFB1
RBFB2
• 1.136V
BAT (引腳 17 / 引腳 13)：電池組連接。將電池連接至該引
腳。該引腳是電池理想二極管驅動器的正極 (負極是 CSN
引腳)。
BGATE (引腳 18 / 引腳 14)：外部電池 PMOS 柵極驅動輸
出。當未進行充電時，BGATE 引腳驅動外部 PMOS，使其
充當 BAT 引腳 (正極) 和 CSN 引腳 (負極) 之間的一個理想
二極管。這可以高效地把所需的任何額外功率從電池輸送至
與 CSN 引腳相連的下遊繫統。
當對一個嚴重放電的電池進行充電時，通過調節 BGATE 引
腳以把輸出反饋電壓 (OFB 引腳) 設定為電池浮動電壓的
86% (典型值為 0.974V)。這實現了即時接通功能，當
LTC4000 給一個嚴重放電的電池進行充電時，可在輸出端
上提供一個即時的有效電壓電平。當 OFB 引腳上的電壓高
於 0.974V 的典型值時，則把 BGATE 引腳驅動至低電平，
以在 CSN 引腳和 BAT 引腳之間確保一條高效的充電通路。
4000fa
9
LTC4000
引腳功能
(QFN/SSOP 封裝)
CSN (引腳 19 / 引腳 15)：充電電流檢測負輸入和電池理想
二極管負極。在該引腳和 CSP 引腳之間連接一個檢測電阻
器。LTC4000 負責檢測該檢測電阻器兩端的電壓，並將之
調節至一個等於 CL 引腳上設定電壓的 1/20 (典型值) 的電
壓。最大穩定檢測電壓為 50mV。CSN 引腳也是電池理想
二極管驅動器的負極輸入(正極輸入是 BAT 引腳)。如果不
需要充電電流限制功能，則將該引腳連接至 CSP 引腳。完
整細節請查閱 “應用信息” 部分。
CSP (引腳 20 / 引腳 16)：充電電流檢測正輸入和輸入理想
二極管負極。在該引腳和 CSN 引腳之間連接一個檢測電阻
器，以提供充電電流檢測和調節。如欲停用充電電流調節功
能，則應把該輸入應連接至 CSN。此引腳也是輸入理想二
極管驅動器的負極 (正極為 IID 引腳)。
OFB (引腳 21 / 引腳 17)：輸出反饋電壓引腳。該引腳是一
個高阻抗輸入引腳，用於檢測輸出電壓電平。在穩壓狀態
下，輸出電壓環路將把該反饋引腳上的電壓設定為
1.193V。當電池充電被終止且所有的輸出負載電流均由輸
入提供時，將該引腳連接至位於 CSP 引腳和 FBG 引腳之間
的一個電阻分壓器的中心節點，以設定輸出電壓。這樣，輸
出電壓可按下式求得：
VOUT =
ROFB2 + ROFB1
ROFB2
• 1.193V
當對一個嚴重放電的電池 (以致 VOFB < VOUT(INST_ON)) 進
行充電時，調節連接至 BGATE 的電池 PowerPath PMOS
以把該反饋引腳上的電壓設定為 0.974V (大約為電池浮動
電壓的 86%)。隨後可按下式計算即時接通輸出電壓：
VOUT(INST_ON) =
ROFB2 + ROFB1
• 0.974V
ROFB2
IID (引腳 23 / 引腳 19)：輸入理想二極管正極。該引腳為
輸入理想二極管驅動器的正極 (負極為 CSP 引腳)。
ITH (引腳 24 / 引腳 20)：高阻抗控制電壓引腳。當任何調
節環路 (輸入電流、充電電流、電池浮動電壓或輸出電壓)
指示達到其限值時，ITH 引腳將吸收電流 (高達 1mA) 以把
該特定的環路調節於限值。在許多應用中，該 ITH 引腳連
接至一個 DC/DC 轉換器的控制 / 補償節點。在未使用任何
外部上拉電阻器的情況下，該引腳的工作電壓範圍為 GND
至 2.5V。當采用一個外部上拉電阻器時，該引腳上的電壓
可被上拉至 6V。請注意，連接至該引腳的阻抗會影響總環
路增益。詳情請查閱 “應用信息” 部分。
CC (引腳 25 / 引腳 21)：轉換器補償引腳。在該引腳與 ITH
引腳之間連接一個 R-C 網絡，以為所使用的轉換器提供合
適的環路補償。在 “應用信息” 部分，就針對特定 DC/DC 轉
換器的合適 R-C 網絡選擇進行了討論，並提供了具體的選
擇步驟。
CLN (引腳 26 / 引腳 22)：輸入電流檢測負輸入。在該引腳
和 IN 引腳之間連接一個檢測電阻器。LTC4000 檢測該檢測
電阻器兩端的電壓，並將之調節至一個等於 IL 引腳上設定
電壓的 1/20 (典型值) 的電壓。如果不需要輸入電流限制，
則將該引腳連接至 IN 引腳。完整細節請查閱 “應用信息” 部
分。
IN (引腳 27 / 引腳 23)：輸入電源電壓：3V 至 60V。負責
向內部電路和 BIAS 引腳供電。把電源連接至下遊繫統，並
將電池充電器連接至該引腳。此引腳也是用於輸入電流限制
的正檢測引腳。在該引腳與 CLN 引腳之間連接一個檢測電
阻器。如果不需要輸入電流限制，則可把此引腳連接至
CLN。建議在該引腳上布設一個接地的 0.1μF 局部旁路電
容器。
IGATE (引腳 22 / 引腳 18)：輸入 PMOS 柵極驅動輸出。
IGATE 引腳驅動外部 PMOS，以使之充當 IID 引腳 (正極)
和 CSP 引腳 (負極) 之間的一個理想二極管。
4000fa
10
LTC4000
方框圖
RIS
CIN
RC
IN
CLN
RST
VM
–
CIBMON
CC
ITH
CC
IID
IBMON
IGATE
CSP
CP1
RVM2
1.193V
8mV
+
+
–
–
+
A8
gm = 0.33m
A9
gm = 0.33m
60k
A1
+–
INPUT IDEAL
DIODE DRIVER
8mV
gm
A11
60k
50µA
RIL
A4
IL
1V
+
–gm
–
gm–
BIAS
A5
–
CL
–
A7
+
–
A6
+
–
REF
gm
BIAS
RCL
OFB
gm
OFB
1.193V
CP6
BFB
–
0.771V
ROFB2
1.136V
+
BFB
CP5
NTC
+
TOO COLD
–
RBFB2
1.109V
FBG
NTC FAULT
+
RBFB1
CP4
–
CBIAS
ROFB1
5µA/
50µA
1V
gm+
IN
LDO,
BG,
REF
BATTERY IDEAL DIODE
AND INSTANT-ON DRIVER
ITH AND CC DRIVER
A10
BGATE
ENABLE
CHARGING
0.974V
BIAS
RCS
CSN
LINEAR
GATE
DRIVER
AND
VOLTAGE
CLAMP
A2
IIMON
CIIMON
SYSTEM
LOAD
CL
CIID
+
RVM1
OUT
DC/DC CONVERTER
CCLN
–
+
IN
LOGIC
CP3
–
CP2
BAT
–
BIAS
TOO HOT
+
CBAT
5µA
10mV
–+
BIAS
+
–
RNTC
CX
BATTERY PACK
2µA
TMR
CTMR
RCX
OSCILLATOR
GND
ENC
CHRG
FLT
4000 BD
R3
圖 1：LTC4000 功能方框圖
4000fa
11
LTC4000
工作原理
概要
LTC4000 專為把任何外部補償的 DC/DC 轉換器轉換為一個
具 PowerPath 控制功能的高性能電池充電器而設計。該器
件隻要求 DC/DC 轉換器具有一個控制或外部補償引腳 (通
常命名為 VC 或 ITH)，此引腳的電壓電平以一種正單調的
方式隨其輸出而改變。輸出變量可以是輸出電壓或輸出電
流。對於下面的討論，請參閱圖 1 中的方框圖。
LTC4000 包括 4 種不同的調節環路：輸入電流、充電電
流、電池浮動電壓和輸出電壓 (A4-A7)。控制外部 DC/DC
轉換器的是那個在其調節時所需的 ITH 引腳電壓最低的環
路。
輸入電流調節環路可確保編程輸入電流限值 (采用 IL 引腳
上的一個電阻器來設置) 在穩態時不會被超過。充電電流調
節環路用於確保編程電池充電電流限值 (采用 CL 引腳上的
一個電阻器來設置) 不被超過。浮動電壓調節環路負責確保
編程電池組電壓 (利用一個通過 BFB 從 BAT 連接至 FBG 的
電阻分壓器來設置) 不被超過。輸出電壓調節環路可確保編
程繫統輸出電壓 (采用一個通過 OFB 從 CSP 連接至 FBG 的
電阻分壓器來設置) 不被超過。LTC4000 還分別在 IIMON
和 IBMON 引腳上提供了針對輸入電流和充電電流的監視引
腳。
LTC4000 在輸入端上具有一個理想二極管控制器 (位於 IID
引腳和 CSP 引腳之間)，而在輸出端上設有一個 PowerPath 控制器 (置於 BAT 引腳與 CSN 引腳之間)。在未充電
時，輸出 PowerPath 控制器起一個理想二極管控制器的作
用。當充電時，輸出 PowerPath 控制器具有兩種操作模
式。假如 VOFB 高於 VOUT(INST_ON)，則 BGATE 被驅動至
低電平。當 VOFB 低於 VOUT(INST_ON) 時，一個線性穩壓器
將執行即時接通功能。該功能可提供 BGATE 引腳的調節，
因而當 LTC4000 給一個過度放電、電量耗盡或短路故障電
池充電時，可在輸出端上即刻提供一個有效的電壓電平。
ENC 引腳的狀態決定了充電是否被使能。當 ENC 接地時，
充電操作被禁止，而且電池浮動電壓環路被停用。當 ENC
引腳浮置或被拉至高電平 (≥1.5V) 時，充電被使能。
LTC4000 提供了幾種可由用戶進行配置的電池充電終止方
案。TMR 引腳可針對 C/X 終止、充電定時器終止或無終止
進行配置。在某個特定的充電周期終止之後，如果電池電壓
下降至編程浮動電壓的 97.6% 以下，則 LTC4000 將啟動
一個自動再充電周期。
當給一個過度放電或電量耗盡電池充電時，涓流充電模式把
充電電流減小至標準充電電流的 1/10 (采用連接在 CL 引腳
和 GND 之間的一個電阻器來設置)。當實施涓流充電時，
可采用 TMR 引腳上的一個電容器來設置超時周期。當這個
失效電池定時器超時且電池電壓未能充電至低電池電量電壓
門限 (VLOBAT) 以上時，LTC4000 將終止充電並通過狀態引
腳 (FLT 和 CHRG) 指示電池失效情況。
LTC4000 還包括一個 NTC 引腳，當連接至一個熱耦合到電
池組的 NTC 熱敏電阻時，該引腳可提供適宜溫度充電。如
需啟用該功能，則在 NTC 和 GND 引腳之間連接熱敏電
阻，並在 BIAS 引腳與 NTC 引腳連接一個對應的電阻器。
此外，LTC4000 還通過 FLT 和 CHRG 引腳提供了一個充電
狀態指示器。
除了給熱敏電阻－電阻器網絡施加偏置之外，BIAS 引腳還
可用於方便地提供一個上拉電壓。該引腳是一個低壓差穩壓
器的輸出，能提供高達 0.5mA 的電流。BIAS 引腳上的穩
定電壓可在 IN 引腳電壓處於其工作範圍之內 (≥ 3V) 後立即
提供。
輸入理想二極管
輸入理想二極管功能可在 IID 引腳與 CSP 引腳之間提供低
損耗傳導及反向隔離。這種反向隔離可防止反向電流從輸出
(CSP 引腳) 流至輸入 (IID 引腳)，此反向電流會造成不必要
的電池消耗，而且在某些場合還有可能導致意外的 DC/DC
轉換器工作狀況。
4000fa
12
LTC4000
工作原理
理想二極管的工作通過控制一個連接至 IID 引腳 (漏極) 和
CSP 引腳 (源極) 的外部 PMOS 來實現。控制器 (A1) 通過
驅動 PMOS 器件的柵極來調節外部 PMOS，以使 IID 和
CSP 兩端的電壓降為 8mV (典型值)。當超過了外部 PMOS
在其源極和漏極兩端的壓降為 8mV 時提供某一特定電流的
能力時，柵極上的電壓被箝位於 VIGATE(ON)，且 PMOS 充
當一個固定阻值電阻器 (RDS(ON))。
輸入電流調節和監視
驅動 ITH 和 CC 引腳的環路之一是輸入電流調節環路 (圖
2)。該環路可防止通過輸入電流檢測電阻器 (RIS) 進行檢測
的輸入電流超過編程輸入電流限值。
RIS
IN
LOAD
CCLN
(OPTIONAL)
A8
IN
CLN
+
–
CIN
A8
gm = 0.33m
IIMON
BIAS
CIIMON
(OPTIONAL)
LTC4000
60k
50µA
RIL
1V
IL
CC
+
–
–
A4
CC
–
+
RC
ITH
TO DC/DC
4000 FO2
圖 2：輸入電流調節環路
電池充電器概要
除了輸入電流調節環路之外，LTC4000 還可調節充電電
流、電池電壓和輸出電壓。
當一個電池充電周期開始時，電池充電器首先將確定電池是
否過度放電。如果電池反饋電壓低於 VLOBAT，則自動涓流
充電功能將采用充電電流調節環路把電池充電電流設定為編
程全標度值的 10%。倘若 TMR 引腳連接至一個電容器或
被置於開路狀態，則啟用失效電池檢測定時器。當該失效電
池檢測定時器超時而電池電壓仍然低於 VLOBAT 時，則電池
充電器將自動終止，並通過 FLT 和 CHRG 引腳指示電池對
於充電電流沒有響應。
一旦電池電壓高於 VLOBAT，充電電流調節環路將以滿功率
恆定電流模式開始充電。在這種場合，編程滿充電電流利用
CL 引腳上的一個電阻器來設定。
受可用輸入功率及外部負載條件的限制，電池充電器可能無
法以全編程速率進行充電。外部負載的優先級始終高於電池
充電電流。應始終保持設置的輸入電流限值，隻有額外的功
率可用於給電池充電。當繫統負載很輕時，電池充電電流可
達到最大。
當達到浮動電壓時，控制將從充電電流調節環路轉交至電池
浮動電壓調節環路，並由後者啟動恆定電壓充電。在恆定電
壓充電中，充電電流緩慢減小。
充電終止可利用 TMR 引腳以幾種方式進行配置。如果
TMR 引腳連接至 BIAS 引腳，則選擇 C/ X 終止方式。在該
場合中，當恆定電壓充電把充電電流減小至在 CX 引腳上設
置的 C/X 水平時，充電操作被終止。把一個電容器連接至
TMR 引腳選擇的是充電定時器終止方式，並在恆定電壓充
電的起點啟動一個充電終止定時器。當終止定時器超時時，
充電操作終止。當需要在浮動電壓條件下進行連續充電時，
則把 TMR 引腳連接至 GND 以停用終止功能。
一旦充電終止，則連接至 BGATE 的 PMOS 將在 BAT 與
CSN 之間充當一個理想二極管。二極管的功能用於阻止充
電電流，但可根據需要向繫統負載輸送電流。如果繫統負載
能夠完全依靠輸入來供電，那麼電池 PMOS 將關斷。當充
電終止時，假如輸入電流限制功能電路不在調節狀態中，則
輸出電壓調節環路將接管，以確保 CSP 上的輸出電壓處於
受控狀態。輸出電壓調節環路負責調節 CSP 引腳上的電
壓，以使 OFB 引腳上的輸出反饋電壓為 1.193V。
如果繫統負載所需的功率超過了輸入的供電能力，則電
池理想二極管控制器將利用電池提供補充供電。當電池
電壓放電至低於浮動電壓的 97.1%以下時 (VBFB <
V R E C H R G ( F A L L ) )，自動再充電功能將啟動一個新的充
電周期。
4000fa
13
LTC4000
工作原理
充電電流調節
在標準充電周期中使用的第一個環路是充電電流調節環
路 (圖 3)。和輸入電流調節環路一樣，該環路也驅動 ITH
和 CC 引腳。此環路可確保通過充電電流檢測電阻器 (RCS)
進行檢測的充電電流不超過編程滿充電電流。
CSP
RBFB2
+
–
IBMON
CIBMON
(OPTIONAL)
BFB
+
–
FBG
1.136V
A6
CC
CC
–
+
RC
ITH
TO DC/DC
BAT PMOS
CSN
60k
50µA AT NORMAL 1V
5µA AT TRICKLE
ROFB1
LTC4000
A9
gm = 0.33m
BIAS
RCL
LTC4000
4000 FO4
CCSP
CSP
BAT
圖 4：采用 FBG 的電池浮動電壓調節環路
TO SYSTEM
RIS
RBFB1
ROFB2
CC
+
–
–
A5
CSP
LTC4000
OFB
+
–
FBG
1.193V
A7
CC
CC
–
+
RC
ITH
TO DC/DC
CC
–
+
ITH
RC
4000 FO5
TO DC/DC
圖 5：采用 FBG 的輸出電壓調節環路
CL
4000 FO3
圖 3：充電電流調節環路
電池電壓調節
當達到浮動電壓時，控制將從充電電流調節環路轉交至電池
電壓調節環路 (圖 4)。
浮動電壓電平采用位於 BAT 引腳和 FBG 引腳之間的反饋電
阻分壓器 (其中心節點連接至 BFB 引腳) 來設置。請注意，
電阻分壓器接地回線連接至 FBG 引腳。當 VIN < 3V 時，
FBG 引腳將電阻分壓器負載斷接，以確保浮動電壓電阻分
壓器在電池是僅有的可用電源時不消耗電池電流。當 VIN ≥
3V 時，FBG 引腳與 GND 之間的典型電阻為 100Ω。
輸出電壓調節
當充電終止且繫統負載完全依靠輸入來供電時，連接至
BGATE 的 PMOS 被關斷。在該場合中，控制從電池浮動電
壓調節環路轉交至輸出電壓調節環路 (圖 5)。輸出電壓調節
環路負責調節 CSP 引腳上的電壓，以使 OFB 引腳上的輸出
反饋電壓為 1.193V。
電池即時接通和理想二極管
LTC4000 采用一個控制器來控制連接至 BGATE 引腳的外
部 PMOS，該控制器與驅動 IGATE 引腳的輸入理想二極管
控制器相似。當未進行充電時，PMOS 充當 BAT (正極) 和
CSN (負極) 引腳之間的一個理想二極管。控制器 (A2) 負責
調節外部 PMOS，通過驅動 PMOS 器件的柵極 (以使從
BAT 引腳至 CSN 引腳的電壓降為 8mV) 來實現低損耗傳
導。當超過了 PMOS 在其源極和漏極兩端的電壓降為 8mV
時提供某一特定電流的能力時，柵極上的電壓將被箝位於
V B G AT E ( O N ) ， 且 P M O S 充 當 一 個 固 定 阻 值 電 阻 器
(RDS(ON))。
理想二極管的工作特性允許電池在輸入電源處於限流狀態、
或者 DC/DC 轉換器對輸出上的瞬間負載增加反應較慢時向
負載提供電流。除了理想二極管的作用之外，BGATE 也允
許電流在充電期間從 CSN 引腳流至 BAT 引腳。
電流從 CSN 引腳流至 BAT 引腳的工作區有兩個。第一個工
作區是給一個其電壓低於即時接通門限 (VOFB <
V OUT(INST_ON) ) 的電池充電。在該工作區中，控制器把
CSP 引腳上的電壓調節至最終浮動電壓電平的約 86%
4000fa
14
LTC4000
工作原理
(VOUT(INST_ON))。當給一個嚴重放電的電池充電時，該功
能可提供一個明顯高於電池電壓的 CSP 電壓。這種即時接
通功能允許 LTC4000 在輸出端 (CSP 引腳) 上提供足夠的
電壓，而不受電池電壓的影響。
第二個工作區是電池反饋電壓高於或等於即時接通門限
(VOUT(INST_ON)) 的場合。在該區域中，BGATE 引腳被驅動
至低電平並箝位於 VBGATE(ON)，以允許 PMOS 完全導通，
從而降低由於充電電流所引起的任何功耗。
電池適宜溫度充電
電池溫度是通過在靠近電池組的地方布設一個負溫度繫數
(NTC) 熱敏電阻來測量的。如圖 1 中的方框圖所示，比較
器 CP3 和 CP4 負責執行溫度檢測。CP4 的上升門限被設定
為 VBIAS 的 75% (低溫門限)，而 CP3 的下降門限則被設定
為 VBIAS 的 35% (高溫門限)。當 NTC 引腳上的電壓高於
VBIAS 的 75% 或低於 VBIAS 的 35% 時，LTC4000 將暫停
進行之中的所有充電周期。當 NTC 引腳上的電壓回歸
VBIAS 的 40% 至 70% 範圍內時，充電操作將恢復。
當充電暫停時，外部充電 PMOS 關斷，且充電電流減小至
零。如果 LTC4000 正以恆定電壓模式進行充電且充電終止
定時器被啟用，則定時器將暫停計時，直到熱敏電阻指示返
回有效溫度為止。假如電池充電器處於涓流充電模式且失效
電池檢測定時器被啟用，則失效電池定時器將暫停計時，直
到熱敏電阻指示返回有效溫度為止。
輸入 UVLO 和電壓監視
一旦 VIN ≥ 3V，BIAS 引腳上的穩定電壓將立即可用。當
VIN ≥ 3V 時，利用一個 100Ω 的典型電阻將 FBG 引腳拉低
至 GND，並啟用其餘的芯片功能。
當 IN 引腳為高阻抗且一個電池被連接至 BAT 引腳時，利用
一個 2μA (典型值) 電流源對 BGATE 引腳進行下拉操作，
以把電池 PMOS 柵極電壓保持在低於 VBAT 的
V BGATE(ON) 。這允許由電池來為輸出供電。當 V IN 無效
時，LTC4000 從電池消耗的總靜態電流通常 ≤ 10μA。
除了內部輸入 UVLO 以外，LTC4000 還通過 VM 引腳提供
了電壓監視功能。當 VM 引腳電壓降至 1.193V (典型值) 以
下時，RST 引腳被拉至低電平。另一方面，當 VM 引腳上
的電壓升至 1.233V (典型值) 以上時，RST 引腳將呈高阻
抗。
這種電壓監視功能的一個常見的用途是：確保當輸入端上的
電壓低於某個特定電平時將轉換器關斷。在該場合中，把
RST 引腳連接至 DC/DC 轉換器芯片選擇或使能引腳 (見圖
6)。
RIS
IN
RVM1
IN
VM
IN
CLN
–
DC/DC
CONVERTER
EN
RST
CP1
RVM2
1.193V
+
LTC4000
4000 FO6
圖 6：輸入電壓監視 (RST 引腳連接至 DC/DC 轉換器的
EN 引腳)
4000fa
15
LTC4000
應用信息
輸入理想二極管 PMOS 選擇
輸入外部 PMOS 根據預期的最大電流、功耗和反向電壓降
來選擇。PMOS 必須要能夠承受一個高於 VIGATE(ON) (最大
值為 15V) 或 IID 引腳上的最大穩定電壓 (取兩者中的較小
值) 的柵極至源極電壓。針對一些不同要求的幾款合適外部
PMOS 列於表 1。
表 1：PMOS
VGS = 10V
時的 RDS(ON)
(Ω)
最大 ID
(A)
最大 VDS
(V)
制造商
SiA923EDJ
0.054
4.5
–20
Vishay
Si9407BDY
0.120
4.7
–60
Vishay
Si4401BDY
0.014
10.5
–40
Vishay
Si4435DDY
0.024
11.4
–30
Vishay
SUD19P06-60
0.060
18.3
–60
Vishay
Si7135DP
0.004
60
–30
Vishay
器件型號
一般而言，IGATE 引腳上的電容越大，理想二極管驅動器
的響應速度就越慢，這一點是需要注意的。快速關斷和接通
電流通常分別被限制為 –0.5mA 和 0.7mA (IIGATE(FASTOFF)
和 IIGATE(FASTON))。倘若驅動器不能對負載電流的突然增加
做出足夠快的反應，則大部分多餘的電流將通過外部
PMOS 的體二極管輸送。這會短暫地增加功耗。應確保
PMOS 能夠承受這種短暫的功耗增加，這一點很重要。
輸入電流限值設定和監視
已調輸入電流限值采用 IL 引腳上的一個電阻器根據下面的
公式來設定：
RIS =
流過檢測電阻器的輸入電流可用於通過 IIMON 引腳提供監
視。IIMON 引腳上的電壓隨流經檢測電阻器的電流而變
化，關繫式如下：
VIIMON = 20 • IRIS • R IS = 20 • ( VIN – VCLN )
IIMON 引腳上的調節電壓電平利用一個準確的內部基準箝
位於 1V。當 IIMON 引腳電壓為 1V 時，輸入電流限值將被
調節至下面的數值：
IILIM(MAX) (A) =
0.050V
RIS(Ω)
當需要該最大電流限值時，則把 IL 引腳置開路狀態，或將
其設定至一個 >1.05V 的電壓，以使放大器 A4 能夠將
IIMON 電壓準確地調節至 1V 的內部基準。
如果輸入電流存在噪聲，則在 CLN 引腳上增設一個濾波電
容器以減少 AC 成分。例如：當采用一個降壓型 DC/DC 轉
換器時，強烈建議使用一個 CCLN 電容器。在重視最高準確
度的場合，應選擇合適的 CCLN 數值以使 AC 成分小於或等
於檢測電阻器兩端平均電壓的 50%。
IIMON 引腳上的電壓可通過在其上布設一個電容器
(CIIMON) 進一步濾波。IIMON 引腳上的電壓也是至輸入電
流調節誤差放大器的反饋輸入。所有連接至該引腳的電容器
都將在輸入電流調節環路中設置一個極點。因此，該濾波電
容器不應任意大，因為它將減緩整個補償環路的速度。有關
補償環路的詳情請查閱 “補償” 部分。
VIL
20 • IILIM
式中的 VIL 是 IL 引腳上的電壓。在內部利用一個 50μA 的
準確電流源對 IL 引腳進行上拉。因此，用於獲得輸入電流
限值等效公式為：
RIL =
ILIM • RIS
2.5µA
⇒ IILIM =
RIL
RIS
• 2.5µA
4000fa
16
LTC4000
應用信息
將減緩整個補償充電電流調節環路的速度。有關補償環路的
詳情請查閱 “補償” 部分。
充電電流限值設定和監視
已調的滿充電電流根據下式來設定：
RCS =
VCL
電池浮動電壓編程
20 • ICLIM
式中的 VCL 是 CL 引腳上的電壓。在內部利用一個 50μA 的
準確電流源對 CL 引腳進行上拉。因此，用於獲得輸入電流
限值等效公式為：
RCL =
ICLIM • RCS
2.5µA
⇒ ICLIM =
RCL
RCS
• 2.5µA
流過檢測電阻器的充電電流可用於通過 IBMON 引腳提供監
視。IBMON 引腳上的電壓隨流經檢測電阻器的電流而變
化，關繫式如下：
VIBMON = 20 • IRCS • RCS = 20 • ( VCSP – VCSN )
與 IIMON 引腳相似，IBMON 引腳上的調節電壓電平利用
一個準確的內部基準箝位於 1V。當 IBMON 引腳電壓為 1V
時，充電電流限值將被調節至下面的數值：
ICLIM(MAX)(A) =
0.050V
RCS (Ω)
當需要該最大充電電流限值時，則把 CL 引腳置開路狀態，
或將其設定至一個 > 1.05V 的電壓，以使放大器 A5 能夠將
IBMON 引腳電壓準確地調節至 1V 的內部基準。
當 DC/DC 轉換器的輸出電流波形或繫統負載電流存在噪聲
時，建議將一個電容器 (CCSP) 連接至 CSP 引腳。這是為了
減少流過檢測電阻器 (RCS) 的電流的 AC 成分。在重視最高
準確度的場合，應選擇合適的 CCSP 數值以使 AC 成分小於
或等於檢測電阻器兩端平均電壓的 50%。與 IIMON 引腳相
似，IBMON 引腳上的電壓可通過在其上布設一個電容器
(CIBMON) 進一步濾波。該濾波電容器不應任意大，因為它
當 RBFB1 的阻值遠大於 100Ω 時，最終浮動電壓采用下式
來確定：
⎛
RBFB1 = ⎜
VFLOAT
⎝ 1.136V
⎞
– 1⎟ RBFB2
⎠
當對較高的準確度很重視時，可采用下面的公式來決定一個
準確度略高的最終浮動電壓：
⎛ RBFB1 + RBFB2
⎞ ⎛ RBFB1
⎞
VFLOAT = ⎜
• 1.136V ⎟ – ⎜
• VFBG⎟
RBFB2
⎝
⎠ ⎝ RBFB2
⎠
式中的 VFBG 是浮動電壓調節期間 FBG 引腳上的電壓，用
於補償來自所有連接至該引腳的電阻分壓器的全部電流
(RFBG = 100Ω 典型值)。
低電池電量涓流充電編程和失效電池檢測
當給一個過度放電電池或電量耗盡電池 (VBFB < VLOBAT) 充
電時，CL 引腳上的上拉電流減小至標準上拉電流的 10%。
於是，涓流充電電流采用下式設定：
RCL =
ICLIM(TRKL) • RCS
0.25µA
⇒ ICLIM(TRKL) = 0.25µA •
RCL
RCS
因此，當 50μA•RCL 小於 1V 時，下面的關繫式成立：
ICLIM(TRKL) =
ICLIM
10
當電池電壓升至低電池電量電壓門限以上時，充電電流水平
將從涓流充電電流水平上升至滿充電電流水平。
另外，LTC4000 還具有失效電池檢測功能。倘若 TMR 引
4000fa
17
LTC4000
應用信息
腳接地或連接至 BIAS，則該檢測功能被停用。然而，當把
一個電容器連接至 TMR 引腳時，涓流充電一旦起動則將立
即啟動一個失效電池檢測定時器。如果在失效電池檢測時間
結束時電池電壓仍然低於低電池電量電壓門限，則充電終
止，且器件將通過把 FLT 引腳拉至低電平並將 CHRG 引腳
置於高阻抗狀態來指示失效電池情況。
失效電池檢測時間可根據下面的公式來設置：
CTMR (nF) = tBADBAT (h) • 138.5
請注意，當檢測到失效電池情況時，此狀態將被閉鎖。
如需重新啟用充電，則將原來的電池拿掉並連接一個新
的電池，後者的電壓將使 BFB 上升至再充電電池門限
(VRECHRG(RISE)) 以上。或者，也可以采取對 ENC 引腳進
行電平變換或將 IN 的電源拿掉並再次施加的做法。
C/X 檢測、充電終止和自動再充電
當達到恆定電壓充電時，有兩種終止充電操作的方法。如果
TMR 引腳連接至 BIAS，則電池充電器將在充電電流下降
至由 CX 引腳設置的水平時立即終止。C/X 電流終止水平根
據下式來設置：
RCX =
IC/ X • RCS
0.25µA
+ 0.5mV ⇒ IC/X =
(0.25µA • RCX ) − 0.5mV
RCS
式中的 RCS 為連接在 CSP 和 CSN 引腳之間的充電電流檢
測電阻器。
當 BFB 上的電壓高於再充電門限 (浮動電壓的 97.6%) 時，
啟用 C/X 比較器。為了確保由暫停充電情況產生正確的
C/X 終止，應在 CX 引腳上連接一個電容器，該電容器的數
值由下式決定：
例如：一個 1nF 的典型電容要求把一個大於 100nF 的電容
器連接至 CX 引腳，以確保正確的 C/X 終止作用。
如果把一個電容器連接至 TMR 引腳，那麼一旦達到恆定電
壓充電將立即啟動一個充電終止定時器。當充電終止定時器
超時時，充電周期終止。總充電終止時間可依據下式設置：
CTMR (nF) = t TERMINATE (h) • 34.6
假如 TMR 引腳接地，則充電操作從不終止，且電池電壓保
持於浮動電壓。請注意，無論選擇哪一種充電終止工作方
式，當充電電流降至編程 C/ X 水平以下時，CHRG 和 FLT
引腳都將立即呈高阻抗狀態。
在充電器終止之後，如果電池反饋電壓降至設定的最終浮動
電壓的 97.1% (VRECHRG(FALL)) 以下，則 LTC4000 將自動
再啟動另一個充電周期。當充電重新啟動時，CHRG 引腳
被拉至低電平，而 FLT 引腳則處於高阻抗狀態。
輸出電壓調節編程
輸出電壓調節電平采用下式來確定：
⎛V
⎞
ROFB1 = ⎜ OUT − 1⎟ • ROFB2
⎝ 1.193 ⎠
和電池浮動電壓計算一樣，當對較高的準確度很重視時，可
采用下面的公式來決定一個準確度略高的輸出：
⎛ ROFB1 + ROFB2
⎞
⎞ ⎛ ROFB1
VOUT = ⎜
• 1.193V ⎟ – ⎜
• VFBG ⎟
ROFB2
⎝
⎠
⎠ ⎝ ROFB2
式中的 VFBG 是輸出電壓調節期間 FBG 引腳上的電壓，用
於補償來自所有連接至該引腳的電阻分壓器的全部電流。
CCX = 100CBGATE
式中的 CBGATE 是連接至 BGATE 引腳的總電容。
4000fa
18
LTC4000
應用信息
另一方面，當電池電壓高於低電池電量電壓門限、但仍然低
於即時接通門限時，可依據下式計算功耗：
電池即時接通和理想二極管外部 PMOS 考慮因素
即時接通電壓電平采用下式確定：
VOUT(INST _ ON) =
ROFB1 + ROFB2
PINST _ ON = [0.86 • VFLOAT – VBAT ] • ICLIM
• 0.974V
ROFB2
式中的 ICLIM 是全標度充電電流限值。
請注意，ROFB1 和 ROFB2 是用於設置輸出電壓調節電平的
相同電阻器。因此，輸出電壓調節電平始終為即時接通電壓
電平的 122.5%。
例如：當以一個 1A 的編程滿充電電流來給一個三節鋰離子
電池充電時，浮動電壓為 12.6V，失效電池電壓電平為
8.55V，而即時接通電壓電平則為 10.8V。在即時接通操作
期間及涓流充電模式中，PMOS 中的最壞情況最大功耗為
1.08W。當電池電壓高於失效電池電壓電平時，最壞情況
最大功耗則為 2.25W。
在即時接通操作期間，應考慮充電 PMOS 的功耗，這一點
至關緊要。當電池電壓低於低電池電量電壓門限 (VLOBAT)
時，PMOS 中的功耗可按下式計算：
在擔心充電 PMOS 發生過熱的情況下，建議用戶增設一個
用於下拉 NTC 引腳電平的溫度檢測電路。一旦外部 PMOS
溫度過高，這將暫停充電。圖 7 示出了一款用於執行該溫
度檢測功能的電路示例。
PTRKL = [0.86 • VFLOAT – VBAT ] • ICLIM(TRKL)
式中的 ICLIM(TRKL) 是涓流充電電流限值。
TO SYSTEM
CSP
RCS
LTC4000
VISHAY CURVE 2
NTC RESISTOR
THERMALLY COUPLED
WITH CHARGING PMOS
RNTC2
CSN
BGATE
M2
R4 = RNTC2
AT 25°C
BAT
BIAS
R3
CBIAS
162k
2N7002L
NTC
Li-Ion
BATTERY PACK
RNTC1
LTC1540
–
+
RISING
TEMPERATURE
THRESHOLD
SET AT 90°C
20k
VOLTAGE HYSTERESIS CAN
BE PROGRAMMED FOR
TEMPERATURE HYSTERESIS
86mV ≈ 10°C
4000 F07
圖 7：充電 PMOS 過熱檢測電路可避免 PMOS 發生過熱現像
4000fa
19
LTC4000
應用信息
與輸入外部 PMOS 相似，充電外部 PMOS 必須要能夠承受
一個高於 VBGATE(ON) (最大值為 15V) 或 CSP 引腳上的最
大穩定電壓 (取此二者中的較小值) 的柵極至源極電壓。在
選擇該 PMOS 時應考慮預期的最大電流、功耗和即時接通
電壓降。表 1 推薦的 PMOS 是根據應用的要求進行選擇的
合適起點。
浮動電壓、輸出電壓和即時接通電壓相關性
這裡再次列出用於設定浮動電壓、輸出電壓和即時接通電壓
的公式：
VFLOAT =
VOUT =
RBFB1 + RBFB2
RBFB2
ROFB1 + ROFB2
• 1.136V
• 1.193V
ROFB2
+R
R
VOUT(INST _ ON) = OFB1 OFB2 • 0.974V
ROFB2
在典型應用中，將 VOUT 設定為高於 VFLOAT 以確保電池滿
充電至其預期的浮動電壓。而另一方面，不得把 VOUT 設定
得過高，因為 VOUT(INST_ON) (CSP 上的最小電壓) 取決於
負責設定 VOUT 的相同電阻器 ROFB1 和 ROFB2。如前文所
述，這意味著輸出電壓調節電平始終為即時接通電壓的
122.5%。VOUT(INST_ON) 的編程值越高，充電器 PMOS 在
線性區域 (在該區域中其效率較低) 中進行驅動的工作區就
越大。
如果把 ROFB1 和 ROFB2 分別設定為等於 RBFB1 和 RBFB2，
則輸出電壓被設定為浮動電壓的 105%，而即時接通電壓
被設定為浮動電壓的 86%。圖 8 示出了可針對
VOUT(INST_ON) 和 VOUT 設定的可行輸出電壓範圍 (相對於
VFLOAT)，以確保在理想的情況下電池能夠實現滿充電。
考慮到電阻分壓器之間可能存在的失配以及各種調節環路之
間的不匹配，VOUT 的編程值不應低於 VFLOAT 的 105%，
以確保電池能夠滿充電。這自然意味著即時接通電壓電平的
編程值不應低於 VFLOAT 的 86%。
POSSIBLE POSSIBLE
OUTPUT INSTANT-ON
VOLTAGE RANGE VOLTAGE RANGE
105%
NOMINAL OUTPUT VOLTAGE
NOMINAL FLOAT VOLTAGE
100%
MINIMUM PRACTICAL
OUTPUT VOLTAGE
100%
100%
86%
NOMINAL INSTANT-ON VOLTAGE
75%
MINIMUM PRACTICAL
INSTANT-ON VOLTAGE
81.6%
4000 F08
圖 8：理想情況下 VOUT 和 VOUT(INST_ON) 可能的電壓範圍
4000fa
20
LTC4000
應用信息
電池適宜溫度充電
為了使用電池適宜溫度充電功能，需在 NTC 引腳與 GND
引腳之間連接一個 NTC 熱敏電阻 RNTC，並在 BIAS 引腳和
NTC 引腳之間連接一個偏置電阻器 R3 (圖 9)。熱敏電阻制
造商的產品手冊通常包括溫度對照表或公式，給出了溫度與
該對應溫度下的電阻器阻值之間的關繫。
BIAS
CBIAS
R3
LTC4000
NTC
BAT
NTC RESISTOR
THERMALLY COUPLED
WITH BATTERY PACK
RNTC
4000 F09
圖 9：NTC 熱敏電阻連接線
在一種簡單的應用中，R3 是一個精度為 1% 的電阻器，其
阻值等於所選擇的 NTC 熱敏電阻在 25°C 時的阻值
(R25)。在這種簡單的方案中，當 NTC 熱敏電阻的阻值降
至 0.54 x R25 的數值時，LTC4000 將暫停充電。就一個
Vishay Curve 2 熱敏電阻而言，這對應於大約 41.5°C。當
溫度下降時，NTC 熱敏電阻的阻值升高。另外，LTC4000
還設計用於在 NTC 熱敏電阻的阻值增加至 R25 值的 3 倍時
暫停充電。就一個 Vishay Curve 2 熱敏電阻而言，這對應
於約 –1.5°C。采用 Vishay Curve 2 熱敏電阻時，高溫和低
溫比較器各具有 5°C 左右的遲滯，以避免產生圍繞跳變點
的振蕩。
請注意，在隻有一個自由度的情況下 (即：調整 R3 的
阻值)，用戶隻能采用上面的公式之一來設定低溫門限或高
溫門限，而不能既設定低溫門限又設定高溫門限。如果設定
R3 阻值以調整低溫門限，則高溫門限條件下的 NTC 電阻
器阻值等於 0.179•低溫門限條件下的 RNTC。同樣，倘若
設定 R3 阻值以調整高溫門限，則低溫門限條件下的 NTC
電阻器阻值等於 5.571•低溫門限條件下的 RNTC。
需注意的是，把 R3 的阻值變為大於 R25 將使高溫及低溫
門限均降低，反之亦然。例如：采用一個在 25°C 時的標稱
阻值為 100k 的 Vishay Curve 2 熱敏電阻時，用戶可通過
把 R3 的阻值設定為 75k 而將低溫設定為 5°C，這自然就把
高溫門限設定在大約 50°C。
通過引入另一個電阻器作為第二個自由度，便可獨立地調整
高溫和低溫門限 (圖 10)。電阻器 RD 實際上降低了 NTC 引
腳與地之間電阻的靈敏度。因此從直觀上看，該電阻器將使
高溫門限升至一個更高的溫度，並使低溫門限降至一個更低
的溫度。
BIAS
R3
LTC4000
CBIAS
NTC
RD
BAT
NTC RESISTOR
THERMALLY COUPLED
WITH BATTERY PACK
RNTC
4000 F10
圖 10：采用降敏電阻器 RD 的 NTC 熱敏電阻連接
高溫和低溫門限可通過改變 R3 的阻值來調整。R3 利用下
面的公式之一來設定，而不是簡單地將其設定為等於
R25：
R3 =
或
低溫門限 (cold_threshold) 條件下的 RNTC
3
R3 = 1.857•高溫門限 (hot_threshold) 條件下的 RNTC
4000fa
21
LTC4000
應用信息
現在，可以按照下面的公式來設定 R3 和 RD：
R3 =
(低溫門限 [cold_threshold] 條件下的 RNTC –
高溫門限 [hot_threshold] 條件下的 RNTC)
2.461
RD = 0.219 • 低溫門限 [cold_threshold] 條件下的 RNTC –
FLT 和 CHRG 指示器引腳
LTC4000 中的 FLT 和 CHRG 引腳提供了狀態指示器。表 2
概括了引腳狀態至器件狀態的映射。
表 2：FLT 和 CHRG 狀態指示器
狀態
FLT
CHRG
1.219 • 高溫門限 [hot_threshold] 條件下的 RNTC
0
0
NTC 超範圍 － 充電暫停
1
0
正常充電
有一條重要的附加說明提請注意，就是這種方法隻能用於降
低熱敏電阻對於熱效應的靈敏度，因而加大了高溫與低溫門
限彼此之間距離。當采用上面的公式時，假如用戶發現 RD
必需為一個負值，則表明所選的兩個溫度門限彼此相距太
近，需要使用一個靈敏度較高的熱敏電阻。
0
1
充電終止並檢測到失效電池
0
1
VIBMON < (VC/X－10mV)
比如，這種方法可用於獨立地把高溫和低溫門限設定至
60°C 和 –5°C。當采用一個在 25°C 時標稱阻值為 100k 的
Vishay Curve 2 熱敏電阻時，上面的公式將得出 R3 =
130k 和 RD = 41.2k (最接近的精度為 1% 的電阻器阻值)。
如需提高熱靈敏度以使有效的充電溫度範圍遠小於 40°C，
可以在 BIAS 引腳與 NTC 引腳之間布設一個與 R3 相串聯
的 PTC (正導熱繫數) 電阻器。這個 PTC 電阻器也必須熱耦
合至電池。請注意，該方法把至電池組的熱感測連接線的數
量從一根導線增加至三根導線。所需的標稱 PTC 電阻器的
精確值可采用與上述相似的方法進行計算，並應牢記：NTC
引腳上的門限始終為 VBIAS 的 75% 和 35%。
把 NTC 引腳浮置或連接至一個電容器將停用所有的 NTC 功
能。
表中的 1 表示一種高阻抗狀態，而 0 則指示一種低阻抗下
拉狀態。
請注意，VIBMON < (VC/X – 10mV) 僅在選擇 C/ X 終止時對
應於充電終止。如果選擇充電器定時器終止，則即使在指示
器引腳指示 VIBMON < (VC/X – 10mV) 之後，恆定電壓充電
仍有可能在剩餘的充電器定時器周期中繼續進行。在未選擇
任何終止方式時情況亦是如此，恆定電壓充電即使在指示器
引腳指示 VIBMON < (VC/X – 10mV) 之後也將繼續。
BIAS 引腳
為方便使用，LTC4000 在 BIAS 引腳上提供了一個低壓差
穩壓器輸出。該引腳設計用於在 2.9V 條件下提供高達
0.5mA 的電流，至少需要 470nF 的低 ESR 旁路電容以實
現穩定性。
應采用 BIAS 引腳作為 NTC 電阻器網絡的上拉電流源，因
為 NTC 電路的內部基準基於 BIAS 引腳上的一個電壓比
例。此外，還可以把各種 100k 上拉電阻器方便地連接至
BIAS 引腳。
4000fa
22
LTC4000
應用信息
設定輸入電壓監視電阻分壓器
該監視功能的下降門限電壓電平可按下式計算：
⎛V
⎞
RVM1 = ⎜ VM _ RST – 1⎟ • R VM2
⎝ 1.193V
⎠
A4-A7
gm4-7 = 0.2m
+
–
LTC4000
RO4-7
CC
A10
gm10 = 0.1m
–
+
CC
RC
ITH
RO10
4000 F11
式中的 R VM1 和 R VM2 形成了一個連接在被監視電壓與
GND 之間的電阻分壓器，其中心抽頭點連接至 VM 引腳
(如圖 6 所示)。上升門限電壓電平可采用相似的方法計
算。
圖 11：誤差放大器及跟隨其後的輸出放大器用於
驅動 CC 和 ITH 引腳
經驗性環路補償
為了讓 LTC4000 控制外部 DC/DC 轉換器，它必須要能克
服 DC/DC 轉換器的 ITH 或 VC 引腳的供電偏置電流。
LTC4000 在 ITH 引腳上的典型電流吸收能力為 1mA (在
0.4V，最大電壓範圍為 0V 至 6V)。
根據 “附錄” 部分給出的 5 個解析表達式，以及從 ITH 點至
外部 DC/DC 轉換器輸入和輸出電流的傳輸函數，用戶可運
用解析的方法確定每種環路的完整環路傳遞函數。一旦獲得
了這些傳遞函數，接下去的工作就是分析增益和相位博德
圖，以確保當采用針對所有工作條件選擇的 R C 和 C C 值
時，在單位交叉頻率下具有足夠的增益和相位裕量。
DC/DC 轉換器局部反饋的配置必須使該局部環路在
LTC4000 任何環路的調節期間不處於調節狀態，並從其
ITH/VC 引腳提供盡可能多的電流。例如：對於一個調節其
輸出電壓的 DC/DC 轉換器，建議轉換器反饋分壓器的編程
值大於在 OFB 引腳上設置的輸出電壓調節電平的 110%。
盡管分析補償法顯然是可行的，但有時某些復雜情況卻使這
種方法難以處理。此類復雜情況包括無法輕易獲得從 ITH
或 VC 控制節點至其輸入或輸出電流的開關轉換器傳遞函
數，以及組件參數值的易變性 (例如：輸出電容器的 ESR
或外部 PFET 的 RDS(ON))。
在設置 LTC4000 的補償時，需要考慮 4 種反饋環路。如前
文所述，這些環路是：輸入電流環路、充電電流環路、浮動
電壓環路和輸出電壓環路。所有這些環路均具有一個誤差放
大器 (A4-A7) 及位於其後的另一個放大器 (A10)，並由中
間節點驅動 CC 引腳，而由 A10 的輸出驅動 ITH 引腳 (如圖
11 所示)。這裡示出的是最常用的補償網絡，由位於 CC 引
腳和 ITH 引腳之間的串聯電容器 (C C ) 和電阻器 (R C ) 組
成。
因此，這裡提供了一種較為簡單且更加實用的 LTC4000 補
償法。這種經驗性方法將一個 AC 信號注入環路、觀察環路
瞬態響應並調整 CC 和 RC 值，以通過迭代快速達到終值。
此方法的很多細節摘自應用指南 19 (Application Note
19)，登錄 www.linear.com.cn，在搜索框內輸入 AN19 即
可查閱該指南。
補償
這些環路因其反饋信號通路的差異而各具略有不同的動態特
性。每個環路的分析說明見 “附錄” 部分。在大多數情況
下，這裡介紹的另一種經驗性補償方法更具實用性。
圖 12 示出了用於將一個 AC 耦合輸出負載變化注入環路的
推薦電路方案。一個具 50Ω 輸出阻抗的函數發生器通過一
個 50Ω/1000μF 串聯 RC 網絡耦合至穩壓器輸出。
4000fa
23
LTC4000
應用信息
SWITCHING
CONVERTER
GND
ITH
1k
0.015µF
RC
CC
CLN
ITH
CC
IOUT
LTC4000
IN
50Ω
1W
1000µF
(OBSERVE
POLARITY)
CSP
A
10k
B
1500pF
SCOPE
GROUND
CLIP
CSN
GND BAT BGATE
50Ω
GENERATOR
f = 50Hz
VIN
4000 F12
圖 12：經驗性環路補償電路方案
發生器頻率被設定為 50Hz。頻率較低會導致示波器顯示出
現閃爍，而頻率較高則有可能無法針對輸出瞬變提供足夠的
穩定時間。發生器輸出的幅度通常被設定為 5VP-P，以產生
一個 100mAP-P 的負載變化。對於負載較輕的輸出 (IOUT <
100mA)，該水平對於小信號響應可能過高。如果正和負轉
換穩定波形明顯不同，則應減小幅度。實際幅度並不是特別
重要，因為指示環路穩定性的是穩壓器最終輸出波形的形
狀。
一個具 f = 10kHz 的兩極點示波器濾波器用於隔離開關頻
率。未增設 LC 輸出濾波器的穩壓器在其輸出端上具有開關
頻率信號，此開關頻率信號的幅度有可能比將要研究的低頻
穩定波形的幅度高得多。對於多數應用而言，該濾波器頻率
足夠高，能夠無失真地傳遞穩定波形。
示波器與發生器連接應完全按照圖 12 所示進行，以避免發
生接地環路誤差。通過把通道 B 探頭連接至發生器輸出，
並將第二個探頭的地線夾連接至與通道 A 的地完全相同的
位置，可實現示波器的同步。由於接地環路誤差的原因，不
應使用發生器的標準 50Ω BNC 同步輸出。另外，或許還有
必要將發生器或示波器與其電源插頭中的第三根導線 (大地
接地) 接頭加以隔離，以避免在示波器顯示中出現接地環路
誤差。這些接地環路誤差通過把通道 A 探針連接至與探頭
地線夾完全相同的位置來檢查。通道 A 上的任何讀數均表
示發生了接地環路問題。
一旦完成了正確的配置，得出頻率補償網絡的最優參數值就
相當簡單了。一開始，選擇大 (≥1μF) CC 和小 (≈10k) RC。
這幾乎始終可以確保穩壓器將具有起動迭代的足夠穩定性。
現在，假如穩壓器輸出波形為單極點過阻尼 (見圖 13 中的
波形)，則以約 2:1 的步幅減小 CC 的數值，直到響應變至
輕微的欠阻尼為止。接著，以 2:1 的步幅增加 RC，從而引
入一個環路零點。這通常將改善阻尼並允許進一步減小 CC
的數值。在 RC 和 CC 變數之間來回移動，很快就能找到最
優值。
4000fa
24
LTC4000
應用信息
GENERATOR OUTPUT
REGULATOR OUTPUT
WITH LARGE CC, SMALL RC
WITH REDUCED CC, SMALL RC
EFFECT OF INCREASED RC
FURTHER REDUCTION IN CC
MAY BE POSSIBLE
IMPROPER VALUES WILL
CAUSE OSCILLATIONS
4000 F13
圖 13：在各種穩定性水平下的典型輸出瞬態響應
如果在采用最初的大 CC 值時穩壓器響應呈欠阻尼，則在臨
嘗試較大的 CC 值之前應增加 RC 值。這一般將產生適合進
一步迭代的過阻尼起始條件。
RC 和 CC 的最優值通常意味著盡可能小的 CC 值與盡可能大
的 RC 值，這些參數值不僅仍然保證了良好阻尼的響應，而
且還產生了最大的環路帶寬並由此實現盡可能快的環路穩
定。運用這種方法的原因是其可最大限度地減小因輸入紋波
電壓和輸出負載瞬變所引起的輸出電壓變化。
一個嚴重過阻尼的開關穩壓器將絕對不會產生振蕩，但當輸
入電壓或輸出負載發生突然變化之後，它可能具有過大而不
可接受的輸出瞬變。另外，在啟動或短路恢復時，它還有可
能遭受過量的過衝問題。為了確保在所有情況下均獲得可接
受的環路穩定性，應在所有的輸入電壓和負載電流條件下對
選擇的 RC 和 CC 初值進行檢查。最簡單的方法就是施加最
小、最大及介於其間的幾種負載電流。在每種負載電流條件
下，使輸入電壓從最小變至最大、同時觀測穩定波形的變
化。
如果預計繫統會遭遇巨大的溫度變化，那麼還需要在極限溫
度條件下進行穩定性檢查。一些關鍵的組件參數會隨溫度而
發生顯著的變化，從而影響穩定性；特別是輸入和輸出電容
器數值及其 ESR、以及電感器導磁率。此外，還必需對外
部轉換器參數變化給予一定的考慮，尤其是從 ITH/VC 引腳
電壓至輸出變量 (電壓或電流) 的傳遞函數。LTC4000 隨溫
度而變化的參數包括誤差放大器 (A4-A7) 的跨導和輸出電
阻。就適中的溫度變化而言，在最差室溫條件下采取有裕量
的過阻尼對於在所有溫度下保證充分的穩定性往往是足夠
的。
穩定性裕度的一種測量方法是在所有 4 種可能的組合中以
2:1 的步幅改變選定的 RC 和 CC 值。如果穩壓器響應在所
有條件下均處於相當良好的阻尼狀態，則可認為穩壓器對於
參數變化具有不錯的耐受性。任何欠阻尼 (振鈴) 響應傾向
均表示可能需要采取一種留有更大裕量的補償。
4000fa
25
LTC4000
應用信息
設計實例
在本設計實例中，將 LTC4000 與 LT3845A 降壓型轉換器
配合使用，以形成一個 10A、三節磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電
池充電器。該電路示於本數據表的首頁，這裡再度給出 (圖
14)。
• RCL 被設定為 24.9Ω 以使 CL 引腳上的電壓為 1.25V。
與 IIMON 引腳相似，IBMON 引腳上的調節電壓利用一
個準確的內部基準箝位於 1V。於是，按照下式將充電電
流限值設定為 10A：
ICLIM(MAX) =
• 根據下式將輸入電壓監視器下降門限設定於 14.3V：
• 因此，根據下式將涓流充電電流水平設定為 1.25A：
⎛ 14.3V
⎞
RVM1 = ⎜
− 1⎟ • 100kΩ ≈ 1.10MΩ
⎝ 1.193V ⎠
• IL 引腳被置於開路狀態以使該引腳上的電壓 > 1.05V。
利用一個準確的內部基準將 IIMON 引腳上的調節電壓箝
位於 1.0V。於是，依據下式將輸入電流限值設定為
10A：
R IS =
0.050V 0.050V
=
= 10A
RCS
5mΩ
0.050V
= 5mΩ
10A
ICLIM(TRKL) = 0.25µA •
24.9kΩ
= 1.25A
5mΩ
• 電池浮動電壓依據下式設定為 10.8V：
⎞
⎛ 10.8
RBFB1 = ⎜
− 1⎟ • 133kΩ ≈ 1.13MΩ
⎝ 1.136 ⎠
• 失效電池檢測時間按照下式設定為 43 分鐘：
CTMR (nF) = tBADBAT (h) • 138.5 =
15V TO 60V
5mΩ
IN
LT3845A
ITH
IID IGATE CSP
CC
BAT
127k
LTC4000
FBG
133k
BFB
IIMON
10nF
1.13M
NTC
IBMON
10nF
Si7135DP
CSN
OFB
ENC
CHRG
FLT
3.0V
5mΩ
BGATE
VM
100k
1.15M
47nF
1µF
1.10M
12V, 15A
100µF
14.7k
RST
CLN
IN
Si7135DP
OUT
VC
SHDN
43
• 138.5 = 100nF
60
TMR
IL
0.1µF
CL
22.1k
10k
GND BIAS
CX
22.1k
10.8V FLOAT
10A MAX CHARGE
CURRENT
3-CELL Li-Ion
BATTERY PACK
10k
1µF
NTHS0603
N02N1002J
4000 F14
圖 14：用於三節磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池的 48V 至 10.8V/10A 降壓型轉換器充電器
4000fa
26
LTC4000
應用信息
• 充電終止時間依照下式設定於 2.9 小時：
CTMR (nF) = t TERMINATE (h) • 34.6 = 2.9 • 34.6 = 100nF
• C/ X 電流終止水平根據下式設置於 1A：
R CX =
(1A • 5mΩ) + 0.5mV
0.25µA
≈ 22.1kΩ
請注意：在此特定的解決方案中，由於將一個電容器連接至
TMR 引腳，故選擇定時器終止方式。因此，該 C/ X 電流終
止水平僅適用於 CHRG 指示器引腳。
• 輸出電壓調節電平依據下式設定於 12V：
⎛ 12
⎞
ROFB1 = ⎜
− 1⎟ • 127kΩ ≈ 1.15MΩ
⎝ 1.193 ⎠
• 於是，即時接通電壓電平按照下式設定於 9.79V：
VINST_ON =
• 通過選擇一個熱耦合至電池的 10k Vishay Curve 2 NTC
熱敏電阻，並將其與一個普通的 10k 電阻器串聯起來連
接至 BIAS 引腳，把充電的有效溫度範圍設定為 –1.5°C
至 41.5°C。
• 對於補償，應遵循 “經驗性環路補償” 部分中說明的程
序。按照建議，首先使用一個 1μF CC 和 10k RC，這把
所有的環路設定於穩定狀態。以典型瞬態響應為例，這
裡采用的是 VOFB 被調節至 VOUT(INST_ON) 的充電電流調
節環路。圖 15 示出了用於將一個 DC 耦合充電電流變化
注入該特定環路的推薦方案。至 CL 引腳的輸入是一個
70Hz 的方波，低電平設定在 120mV，而高電平設定於
130mV，對應於一個 1.2A 和 1.3A 充電電流 (100mA
充電電流階躍)。因此在此特定的例子中，檢查了涓流充
電電流調節能力。請注意，本例中的標稱涓流充電電流
被設置為 1.25A (RCL = 24.9kΩ)。
1150kΩ +127kΩ
• 0.974V = 9.79V
127kΩ
即時接通操作期間的最壞情況功耗可按以下方式計算：
• 在涓流充電期間：
B
A
10k
1500pF
1k
IBMON
0.015µF
LTC4000
PTRKL = [0.86 • VFLOAT – VBAT ] • ICLIM _ TRKL
= [0.86 • 10.8] • 1A
= 9.3W
CL
SQUARE WAVE
GENERATOR
f = 60Hz
4000 F15
• 而超出涓流充電範圍時：
PINST_ON = [0.86 • VFLOAT – VBAT ] • ICLIM
= [0.86 • 10.8 – 7.33] • 10A
= 19.3W
圖 15：充電電流調節環路補償電路方案
於是，根據為充電 PMOS 提供的布局和散熱器，可能需要
采用圖 7 中推薦的 PMOS 過熱檢測電路。如需了解完整的
應用電路，請參閱圖 25。
4000fa
27
LTC4000
應用信息
在 VIN = 20V、VBAT = 7V、VCSP 被調節於 9.8V 和 CSP 引
腳上存在一個 0.2A 輸出負載的情況下，當 CC = 1μF、RC =
10k 時，在 IBMON 引腳上觀察到的針對一個 100mA 充電
電流階躍的瞬態響應示於圖 16。
瞬態響應現在指示的是一個整體欠阻尼繫統。如 “經驗性補
償” 部分所述，現在通過迭代的方式增加 RC 的數值，直到
RC = 20k 為止。當 CC = 22nF、RC = 20k 時，相同環路的
瞬態響應如圖 18 所示。
15
15
10
10
VIBMON (mV)
5mV/DIV
VIBMON (mV)
5mV/DIV
5
0
–5
–10
0
–5
–10
–15
–20 –15 –10
5
0
5ms/DIV
–5
10
15
20
–15
–20 –15 –10
25
4000 F16
圖 16：當 V OFB 被調節至 V OUT(INST_ON)、C C = 1μF、
RC = 10k 時，在 IBMON 引腳上觀察到的充電電流調節
環路針對一個 100mA 充電電流階躍的瞬態響應
瞬態響應顯現出一個小的過衝和緩慢的穩定，表明在一個良
好阻尼的整體環路內部存在一個快速局部環路。於是，以迭
代的方式來減小 CC 的數值，直到 CC = 22nF 為止。當 CC
= 22nF、R C = 10k 時，相同環路的瞬態響應如圖 17 所
示。
15
10
VIBMON (mV)
5mV/DIV
5
5
0
–5
–10
–15
–20 –15 –10
–5
5
0
5ms/DIV
10
15
20
25
4000 F17
–5
5
0
5ms/DIV
10
15
20
25
4000 F18
圖 18：當 VOFB 被調節至 VOUT(INST_ON)、CC = 22nF、
RC = 20k 時，在 IBMON 引腳上觀察到的充電電流調節
環路針對一個 100mA 充電電流階躍的瞬態響應
請注意，此時瞬態響應接近最佳 (具有少量過衝並實現了快
速穩定)。假如在運用迭代方式增加了 RC 的數值之後，瞬
態響應再次指示一個欠阻尼繫統，則可重復減小 C C 的步
驟。這些先減小 CC 並隨後增加 RC 的步驟可連續重復，直
到利用最小的 CC 值和最大的 RC 值實現了一個穩定的環路
為止。在此特定的例子中，得出的這些數值為 CC = 22nF
和 RC = 20kΩ。
在獲得了 RC 和 CC 的這些終值之後，通過在所有 4 種可能
的組合中以 2:1 的步幅改變 R C 和 C C 值來檢查穩定性裕
度。然後改變設置條件，包括改變輸入電壓電平和輸出負載
電平，並在這些不同的設置條件下檢查瞬態響應。一旦在所
有不同的條件之下均獲得了期望的響應，則記錄 RC 和 CC
的數值。
圖 17：當 VOFB 被調節至 VOUT(INST_ON)、CC = 22nF、
RC = 10k 時，在 IBMON 引腳上觀察到的充電電流調節
環路針對一個 100mA 充電電流階躍的瞬態響應
4000fa
28
LTC4000
應用信息
接著，針對其他 4 種環路重復上述相同的步驟：輸入電流
調節、輸出電壓調節、電池浮動電壓調節，最後是充電電流
調節 (當 VOFB > VOUT(INST_ON) 時)。請注意，每個環路最
終的最優值可能略有不同。因此 CC 和 RC 終值的選擇是通
過結果的組合並確保針對所有環路的最保守響應來完成的。
這通常要求根據針對所有環路所獲得的結果來選擇最大的
CC 值和最小的 RC 值。在此特定的例子中，CC 的數值最終
被設定為 47nF，而 RC 則被設定為 14.7kΩ。
電路板布局考慮
在大多數應用中，繫統最重要的參數是電池浮動電壓。因
此，用戶在進行反饋電阻器 RBFB1 和 RBFB2 的放置和布線
時必需格外謹慎。特別地，連接至 RBFB1 的電池感測線以
及用於 LTC4000 的接地回線必須采用開爾文 (Kelvin) 連接
方式回接至分別安置電池輸出和電池地的地方。圖 19 示出
了開爾文檢測配置。
為了實現準確的電流檢測，從 RIS 和 RCS 引出的檢測線 (圖
19) 必須采用開爾文連接方式一路回接至檢測電阻器終端。
每個電阻器的兩根檢測線還必須緊挨著排布並遠離噪聲源，
以最大限度地減少誤差。此外，電流濾波電容器的布設應講
求策略，以確保隻有非常少的 AC 電流流過這些檢測電阻
器，如應用部分提到的那樣。
去耦電容器 CIN 和 CBIAS 必須布設在盡可能靠近 LTC4000
的地方。這可以在 CIN 至 IN 和 GND 引腳之間、以及 CBIAS
至 BIAS 和 GND 引腳之間提供盡可能短的布線。
在一種典型應用中，LTC4000 與一個外部 DC/DC 轉換器配
合使用。該轉換器的操作常常需要高 dV/dt 開關電壓和高電
流。通過采用良好的電路板布局慣例，盡量地將這些開關電
壓和電流與電路板的 LTC4000 部分相隔離。此類慣例包括
將噪聲電源與信號地分離、設置一個良好的低阻抗接地平
面、在必要的時候實施屏蔽、以及使敏感信號的布線盡可能
簡短並遠離電路板的噪聲部分。
SWITCHING
CONVERTER
GND
ITH
SYSTEM LOAD
RC
CC
ITH
CC
CLN
RIS
IID IGATE
CSP
RCS
LTC4000
IN
CSN
BGATE
BAT
RBFB1
BFB
VIN
RBFB2
GND
FBG
4000 F19
圖 19：用於 LTC4000 的開爾文 (Kelvin) 檢測線配置
4000fa
29
LTC4000
應用信息
附錄 – 環路傳遞函數
輸入電流調節環路
如圖 11 所示，當采用一個串聯電阻器 (RC) 和電容器 (CC)
作為補償網絡時，從 A4-A7 的輸入至 ITH 引腳的傳遞函數
即為：
輸入電流調節環路的反饋信號是輸入電流檢測電阻器 (RIS)
兩端的檢測電壓。
式中的 gm4-7 是誤差放大器 A4-A7 的跨導，通常為
0.5mA/V；gm10 是輸出放大器 (A10) 跨導，RO4-7 為誤
差放大器的輸出阻抗，通常為 50mΩ；而 RO10 則為輸出
放大器的有效輸出阻抗，典型值為 10mΩ (ITH 引腳開路
時)。
請注意，這種簡化在 gm10•RO10•RO4-7•CC =
AV10•RO4-7•CC 遠大於繫統中的任何其他極點或零點時
有效。通常，當 ITH 引腳開路時，AV10•RO4-7 =
5•1010。gm10 和 RO10 的精確值分別取決於上拉電流和連
接至 ITH 引腳的阻抗。
簡化的環路傳輸為：
⎤
⎡⎛
1 ⎞
⎢ ⎜RC –
⎟ CCs + 1⎥
gm10 ⎠
⎝
⎥•
LIC (s) = gm4 ⎢
⎥
⎢
CCs
⎥
⎢
⎦
⎣
⎤
⎡ 20R (R2
IS
CIIMON s + 1)
⎥ • Gmip(s)
⎢
⎢⎣ (R1+ R2) CIIMONs + 1 ⎥⎦
式中的 Gmip (S) 是從 VITH 至外部 DC/DC 轉換器輸入電流
的傳遞函數。
在大多數應用中，環路的補償需要選擇正確的 R C 和 C C
值。除了選擇 RC 和 CC 值之外，還有可能要調整 gm10 的
數值。g m10 值可通過增加流入 ITH 引腳的上拉電流來調
高，其數值可采用下式近似估算：
gm10 =
IIN
CIN
IITH + 5µA
50mV
RIS
IN
IIMON
R2
20k
IN
CLN
+
–
⎤
⎡⎛
1 ⎞
s
+
1
C
⎥
⎢ ⎜RC –
⎟ C
VITH
gm10 ⎠
⎝
⎥
⎢
(s) = gm4-7
⎥
⎢
RO4-7 • CCs
VFB
⎥
⎢
⎦
⎣
該電壓由跨導誤差放大器 (A4) 放大 20 倍並與 IL 引腳上的
電壓進行比較。此放大器隨後驅動輸出跨導放大器 (A10)
以適當調整 ITH 引腳上的電壓，從而驅動外部 DC/DC 轉換
器以調節檢測電阻器 (RIS) 上的輸入電流。圖 20 詳細示出
了該環路。
A8
gm8 = 0.33m
BIAS
CIIMON
R1
60k
LTC4000
A4
gm4 = 0.5m
50µA
gm10 值越高，RC 值的下限越小。該下限用於避免出現右
半平面零點。
盡管所有的環路共用這個從誤差放大器輸入至 ITH 引腳的
傳遞函數，但每個環路因反饋信號通路的差異而各具稍有不
同的動態特性。
1V
IL
+
–
–
RO4
CC
A10
gm10 = 0.1m
–
+
CC
RC
ITH
RO10
RIL
4000 F20
圖 20：輸入電流調節環路的簡化線性模型
4000fa
30
LTC4000
應用信息
輸出電壓調節環路
電池浮動電壓調節環路
輸出電壓調節環路的反饋信號是 OFB 引腳上的電壓，該引
腳連接至位於輸出電壓 (連接至 CSP) 和 FBG 引腳之間的電
阻分壓器的中心節點。由跨導誤差放大器 A7 將該電壓與一
個內部基準 (典型值為 1.193V) 進行比較。此放大器隨後驅
動輸出跨導放大器 (A10) 以適當調整 ITH 引腳上的電壓，
從而驅動外部 DC/DC 轉換器以調節由 OFB 引腳監視的輸出
電壓。圖 21 詳細示出了該環路。
電池浮動電壓調節環路與輸出浮動電壓調節環路非常相似。
隻是電池浮動電壓調節環路所監視的是 BFB 引腳上的電
壓，而不是 OFB 引腳的電壓。
LTC4000
INPUT
CC
A10
gm10 = 0.1m
–
+
RC
ITH
RO10
A7
gm7 = 0.5m
RO7
CC
+
–
+
–
Gmop(s)
一個顯著的差異是：輸出電壓調節環路中的 RL 可以大幅改
變，而電池浮動電壓環路中的輸出電阻卻是一個小的恆定
值，約等於外部 PFET 導通電阻 (RDS(ON)) 與電池串聯內部
電阻 (RBAT) 之和。這種近似對於所有高效型繫統都是有效
的，這樣來自電池的大部分輸出功率都將輸送至繫統負載，
而不是在電池內部電阻或充電 PFET 導通電阻上白白地消耗
掉。對於典型繫統而言，最小 RL 至少比 RDS(ON) + RBAT
大 5 倍，而 RBFB 則至少比 RBAT 大 106 倍。圖 22 詳細示
出了電池浮動電壓調節環路。
LOAD
CSP
ROFB1
OFB
CL
RL
LTC4000
INPUT
CC
A10
gm10 = 0.1m
1.193V
ROFB2
–
+
FBG
RO10
A7
gm6 = 0.5m
圖 21：輸出電壓調節環路的簡化線性模型
RO6
+
–
簡化的環路傳輸如下：
⎡⎛
⎤
1 ⎞
⎢ ⎜R C –
⎟ CCs + 1⎥
gm10 ⎠
⎢⎝
⎥
L OV (s) = gm7 ⎢
⎥•
C
s
C
⎢
⎥
⎣
⎦
RC
ITH
INTERNALLY
PULLED HIGH
4000 F21
CC
+
–
Gmop(s)
LOAD
BAT
RBFB1
BFB
RCS
CL
RL
RDS(ON)
1.136V
RBFB2
FBG
RBAT
INTERNALLY
PULLED HIGH
4000 F22
圖 22：電池浮動電壓調節環路的簡化線性模型
⎡R
⎤ ⎡
⎤
RL
⎢ OFB2 ⎥ • ⎢
⎥ • Gmo p (s)
⎣ R OFB ⎦ ⎣ RL • CL s + 1⎦
式中的 Gmop (s) 是從 VITH 至外部 DC/DC 轉換器輸出電流
的遞函數，而 ROFB = ROFB1 + ROFB2。
4000fa
31
LTC4000
應用信息
在圖 22 中，電池被近似為一個與內部電池電阻 RBAT 相串
聯的信號地。於是，簡化的環路傳輸為：
⎡⎛
⎤
1 ⎞
⎢ ⎜RC –
⎟ CCs + 1⎥
gm10 ⎠
⎢⎝
⎥
LBV (s) = gm6 ⎢
⎥•
C
s
C
⎢
⎥
⎣
⎦
⎡RBFB2 ⎤ ⎡
⎤
RLB
⎢
⎥•⎢
⎥ • Gmop (s)
⎣ RBFB ⎦ ⎣RLB • CL s + 1⎦
式中的 Gmop(s) 是從 VITH 至外部 DC/DC 轉換器輸出電流
的傳遞函數，RBFB = RBFB1 + RBFB2，而 RLB =
RL//(RDS(ON) + RCS + RBAT) 則代表從 LOAD 節點至 GND
的有效輸出電阻。
電池充電電流調節環路
在該工作區中，外部充電 PFET 的柵極被驅動至低電平並箝
位於 VBGATE(ON)。圖 23 詳細示出了該環路。
簡化的環路傳輸為：
⎤
⎡⎛
1 ⎞
⎢ ⎜RC –
⎟ CCs + 1⎥
gm10 ⎠
⎝
⎥•
LCC (s) = gm5 ⎢
⎥
⎢
CCs
⎥
⎢
⎦
⎣
⎡ (R2 • CIBMONs + 1) ⎤
RL
20RCS • ⎢
•
⎥•
⎢⎣ (R1+ R2) CIBMONs + 1⎥⎦ Rf + RL
⎤
⎡
1
⎥ • Gmop (s)
⎢
⎢⎣ (RL ⎥⎜Rf ) CL s + 1⎥⎦
式中的 Gmop(s) 是從 VITH 至外部 DC/DC 轉換器輸出電流
的傳遞函數，Rf = RCS + RDS(ON) + RBAT，而 RL//Rf 則代
表由 RL 與 Rf 的並聯組合所產生的有效電阻值。
CC
RC
RO10
CC
ITH
LTC4000
INPUT
A10
gm10 = 0.1m
+
–
+
這最後一種調節環路組合了所有其他三種環路中都具有的某
些動態特性。該充電電流調節環路的反饋信號是充電電流檢
測電阻器 (RCS) 兩端的檢測電壓。該電壓由跨導誤差放大
器 (A5) 放大 20 倍並與 CL 引腳上的電壓進行比較。此放大
器以我們所熟悉的方式驅動輸出跨導放大器 (A10) 以適當
調整 ITH 引腳上的電壓，從而驅動外部 DC/DC 轉換器以調
節檢測電阻器 (RCS) 上的輸入電流。
VOFB > VOUT(INST_ON) 時的電池充電電流調節環路
–
由於具有即時接通功能，因此充電電流調節環路不得不分為
兩個單獨的工作區來說明。這些工作區取決於 OFB 引腳上
的電壓是高於還是低於即時接通門限 (VOUT(INST_ON))。
RO5
A5
gm5 = 0.5m
+
–
–
BIAS
A8
gm8 = 0.33m
1V
50µA/
5µA
R1
60k
R2
20k
+
–
Gmop(s)
CL
CSP
RL
RCS
CSN
RDS(ON)
CL
RCL
IBMON
BAT
4000 F23
CIBMON
RBAT
圖 23：充電電流調節環路的簡化線性模型
(外部充電 PFET 被驅動至導通狀態)
4000fa
32
LTC4000
應用信息
簡化的環路傳輸為：
VOFB 被調節至 VOUT(INST_ON) 時的電池充電電流
調節環路
當電池電壓低於即時接通電平時，對外部充電 PFET 進行線
性驅動以調節輸出端 (連接至 CSP 引腳) 上的電壓。通過調
節輸出電壓以使 OFB 引腳上的電壓等於即時接通門限
(VOUT(INST_ON))。
如果與電池充電電流調節環路的單位交叉頻率相比該外部
PFET 調節速度很快，則可把輸出端上的電壓視為一個小信
號地。然而，在 LTC4000 中有意識地使外部 PFET 調節速
度緩慢，旨在提供較寬的可用 PFET 選擇範圍。因此，在充
電電流調節環路的分析當中必須包括 PFET 的線性模型。圖
24 詳細示出了該環路。
CC
RC
RO10
CC
ITH
LTC4000
–
+
+
–
RO5
A5
gm5 = 0.5m
+
–
–
BIAS
A8
gm8 = 0.33m
1V
50µA/
5µA
R1
60k
R2
20k
+
–
CL
RCL
IBMON
⎡
⎤
1
⎥•
•⎢
R fIDC + RL ⎣ (RL ⎟⎢R fIDC ) CL s + 1⎦
RL
⎡
⎤
Cg
⎢
⎥
s+ 1
gmEXT
⎢
⎥ • Gmo (s)
p
⎢⎛ R + R
⎥
⎞
C
g
BAT
CS
s + 1⎥
⎢⎜
⎟
⎣ ⎝ R fIDC ⎠ gmEXT
⎦
RL
RCS
CSN
Cg
CL
Gmop(s)
CSP
⎡ (R2 • C
⎤
IBMONs + 1)
⎥•
20R CS • ⎢
⎣ (R1+ R2 ) CIBMONs + 1⎦
式中的 Gmop(s) 是從 VITH 至外部 DC/DC 轉換器輸出電流
的傳遞函數，gmEXT 是輸出 PFET 的小信號跨導，RfIDC =
RCS + 1/gmEXT + RBAT，而 RL//RfIDC 則代表由 RL 與 RfIDC
的並聯組合所產生的有效電阻值。
INPUT
A10
gm10 = 0.1m
⎡⎛
⎤
1 ⎞
⎢ ⎜R C –
⎟CCs + 1⎥
gm10 ⎠
⎢⎝
⎥
L CC2 (s) = gm5 ⎢
⎥•
CCs
⎢
⎥
⎣
⎦
1
gmEXT
BAT
4000 F24
CIBMON
RBAT
圖 24：充電電流調節環路的簡化線性模型
(對外部充電 PFET 進行線性調節)
4000fa
33
LTC4000
典型應用
VIN
15V TO 60V
10A MAX
5mΩ
2.2µF
BSC123NO8NS3
47µF
VIN
TG
WÜRTH ELEKTRONIC
74435561100
10µH
SW
BG
CSS
B160
Si7135DP
3mΩ
BSC123NO8NS3
0.1µF
1.5nF
SYNC
VOUT
12V, 15A
33µF
×3
BOOST
BAS521
SGND
1.15M
VCC
1µF
LT3845A
49.9k
1N4148
182k
VFB
fSET
16.2k
BURST_EN
SENSE+
SHDN VC SENSE
BIAS
1M
5mΩ
–
14.7k
RST
ITH
NTHS0603
N02N1002J
47nF
CC
IID IGATE CSP
CSN
BGATE
CLN
IN
1.10M
10nF
1µF
BAT
OFB
VM
100k
BZX84C3VO
LTC4000
ENC
CHRG
FLT
127k
FBG
133k
IIMON
10nF
IBMON
10nF
Si7135DP
IL
CL
CX
TMR
BFB
NTC
GND BIAS
BIAS
24.9k
0.1µF
RNTC
22.1k
1µF
162k
10k
10k
IN–
IN
20k
1.13M
2N7002L
V+ OUT
NTHS0603
N02N1002J
+
LTC1540
HYST
REF
V–
GND
3-CELL
LiFePO4
BATTERY
PACK
38.3k
1M
4000 F25
圖 25：具 2.9h 終止定時器、1.25A 涓流充電電流和充電 PFET 熱保護功能的 48V 至 10.8V/10A
降壓型轉換器三節磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池充電器
4000fa
34
LTC4000
典型應用
VIN
6V TO 18V
15A MAX
3.3mΩ
2.5mΩ
150µF
22µF
×4
PA1494.362NL
3.3µH
10Ω
1nF
10Ω
INTVCC
Si7135DP
BSC027N04
SENSE+
22µF
×5
BOOST
INTVCC
PLLINMODE
100k
INTVCC
LTC3786
RUN
SS
0.1µF
FREQ
0.1µF
150µF
SW
BG
PGOOD
4.7µF
1.87M
BSC027N04
TG
VBIAS
232k
VFB
GND
VOUT
22V, 5A
BAS140W
SENSE–
ITH
12.1k
10mΩ
28.7k
22nF
RST
CLN
IN
ITH
IID
CC
IGATE CSP
CSN
BGATE
Si7135DP
10nF
1µF
383k
VM
100k
BAT
OFB
LTC4000
ENC
CHRG
FLT
107k
FBG
107k
IIMON
10nF
IBMON
10nF
CX
IL CL
GND BIAS
TMR
BFB
NTC
4000 F26
22.1k
10µF
10k
22.1k
1µF
1.87M
RNTC
NTHS0603
N02N1002J
5-CELL
Li-Ion
BATTERY
PACK
TENERGY
SSIP PACK
30104
圖 26：具 C/10 充電終止功能和 0.55A 涓流充電電流的 6V 至 21V/5A 升壓型轉換器 5 節鋰離子電池充電器
4000fa
35
VIN
18V TO 72V
36
0.1µF
15.8k
221k
FS
VCC
681Ω
SYNC GND FB OC
ITH
ISENSE
13.6k
0.04Ω VCC
150pF
68Ω
BAS516
ISO1
PS2801-1-K
BAS516
3.01k
FDC2512
1µF
GATE
MMBTA42
VCC
LTC3805-5
75k
SSFLT
RUN
PDZ6.8B
6.8V
221k
•
•
•
BAS516
1.5k
VOUT
PDS1040
VOUT
10nF
24.9k
47nF
VM
150k
IN
10nF
IIMON IBMON IL CL
ENC
CHRG
FLT
RST
ITH
CC
100k
100µF
×3
22.1k
TMR
100nF
LTC4000
CLN
1µF
20mΩ
CX
NTC
FBG
BFB
OFB
BAT
BGATE
CSN
CSP
IGATE
GND BIAS
22.1k
IID
SiA923EDJ
1µF
10k
115k
115k
309k
RNTC
309k
10nF
圖 27：具 2.9h 定時器充電終止功能和 0.22A 涓流充電電流的 18V ~ 72VIN 至 4.2V/ 2.0A 隔離反激式單節鋰離子電池充電器
2.2µF
×2
TR1
PA1277NL
4000 F27
NTHS0603
N02N1002J
SINGLE-CELL
Li-Ion
BATTERY
PACK
SiA923EDJ
25mΩ
VSYS
4.4V, 2.5A
LTC4000
典型應用
4000fa
LTC4000
典型應用
UFD 封裝
28 引腳塑料 QFN (4mm x 5mm)
(參考 LTC DWG # 05-08-1712 Rev B)
0.70 ± 0.05
4.50 ± 0.05
3.10 ± 0.05
2.50 REF
2.65 ± 0.05
3.65 ± 0.05
PACKAGE OUTLINE
0.25 ± 0.05
0.50 BSC
3.50 REF
4.10 ± 0.05
5.50 ± 0.05
RECOMMENDED SOLDER PAD PITCH AND DIMENSIONS
APPLY SOLDER MASK TO AREAS THAT ARE NOT SOLDERED
4.00 ± 0.10
(2 SIDES)
0.75 ± 0.05
R = 0.05
TYP
PIN 1 NOTCH
R = 0.20 OR 0.35
× 45° CHAMFER
2.50 REF
R = 0.115
TYP
27
28
0.40 ± 0.10
PIN 1
TOP MARK
(NOTE 6)
1
2
5.00 ± 0.10
(2 SIDES)
3.50 REF
3.65 ± 0.10
2.65 ± 0.10
(UFD28) QFN 0506 REV B
0.200 REF
0.00 – 0.05
0.25 ± 0.05
0.50 BSC
BOTTOM VIEW—EXPOSED PAD
NOTE:
1. DRAWING PROPOSED TO BE MADE A JEDEC PACKAGE OUTLINE MO-220 VARIATION (WXXX-X).
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
4000fa
37
LTC4000
典型應用
GN 封裝
28 引腳塑料 SSOP (窄體 .150 英寸)
(參考 LTC DWG # 05-08-1641)
.386 – .393*
(9.804 – 9.982)
.045 ± .005
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 1615
.254 MIN
.033
(0.838)
REF
.150 – .165
.229 – .244
(5.817 – 6.198)
.0165 ± .0015
.150 – .157**
(3.810 – 3.988)
.0250 BSC
1
RECOMMENDED SOLDER PAD LAYOUT
.015 ± .004
× 45
(0.38 ± 0.10)
.0075 – .0098
(0.19 – 0.25)
2 3
4
5 6
7
8
.0532 – .0688
(1.35 – 1.75)
9 10 11 12 13 14
.004 – .0098
(0.102 – 0.249)
0° – 8° TYP
.016 – .050
(0.406 – 1.270)
NOTE:
1. CONTROLLING DIMENSION: INCHES
INCHES
2. DIMENSIONS ARE IN
(MILLIMETERS)
.008 – .012
(0.203 – 0.305)
TYP
.0250
(0.635)
BSC
GN28 (SSOP) 0204
3. DRAWING NOT TO SCALE
*DIMENSION DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH. MOLD FLASH
SHALL NOT EXCEED 0.006" (0.152mm) PER SIDE
**DIMENSION DOES NOT INCLUDE INTERLEAD FLASH. INTERLEAD
FLASH SHALL NOT EXCEED 0.010" (0.254mm) PER SIDE
4000fa
38
LTC4000
修改記錄
修改
日期
描述
A
5/11
更新了 “典型應用”
頁碼
1
更新了 “電特性” 部分。
3、4、5
更新了 “引腳功能” 部分中 “ENC 引腳” 正文。
8
更新了 “方框圖”。
11
更新了圖 14 和 25。
26、34
4000fa
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。
39
LTC4000
典型應用
5.6Ω
IHLP6767GZ
ER4R7M01
4.7µH
390pF
3.6Ω
B240A
VIN
6V TO 36V
12.5A MAX
4mΩ
Q2
270µF
Q4
1800pF
B240A
Q5
0.22µF
1.24k
TG1
SW1
1.24k
BG1 SENSE+ SENSE– BG2
Si7135DP
VOUT
15V, 5A
330µF
×2
0.22µF
0.01Ω
3.3µF
×5
0.01Ω
Q3
22µF
×2
SW2
BOOST1
TG2
BOOST2
DFLS160
DFLS160
INTVCC
INTVCC
10µF
MODE/PLLIN
VIN
1µF
100k
LTC3789
VINSNS
PGOOD
309k
IOSENSE+
IOSENSE–
VOUTSNS
BZT52C5V6
121k
FREQ
EXTVCC
ILIM
RUN
154k
VFB
SS
ITH
SGND
10µF
PGND1
8.06k
0.01µF
10mΩ
14.7k
RST
CLN
IN
ITH
100nF
CC
IID IGATE CSP
CSN
BGATE
VM
100k
BAT
OFB
LTC4000
ENC
CHRG
FLT
BZX84C3VO
26.7k
FBG
118k
IIMON
Q2: SiR422DP
Q3: SiR496DP
Q4: SiR4840BDY
Q5: SiR496DP
10nF
IBMON
10nF
Si7135DP
10nF
1µF
365k
IL
CL
TMR
CX
BFB
NTC
GND BIAS
1.37M
4-CELL
LiFePO4
BATTERY
PACK
4000 F28
18.2k
0.1µF
22.1k
1µF
10k
RNTC
圖 28：具 2.9h 定時器充電終止功能和 0.45A 涓流充電電流的 6V - 36VIN 至 14.4V/4.5A
降壓-升壓型轉換器 4 節磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池充電器
NTHS0603
N02N1002J
相關器件
器件型號
描述
備注
LTC3789
高效率、同步、四開關降壓-升壓型控制器
LTC3780 的改進版，擁有更多功能
LT3845
具可調工作頻率的高電壓同步電流模式降壓型控制器
適合中 / 高功率、高效率電源
LT3650
高電壓 2A 單片式鋰離子電池充電器
3mm x 3mm DFN-12 封裝和 MSOP-12 封裝
LT3651
高電壓 4A 單片式鋰離子電池充電器
LT3650 繫列的 4A 同步版本
LT3652 / LT3652HV
功率跟蹤 2A 電池充電器
多化學組成、內置終端
LTC4009
高效率的多化學組成電池充電器
LTC4008 的低成本版本，4mm x 4mm QFN-20 封裝
LTC4012
具 PowerPath 控制功能的高效率型多化學組成電池充電器
與 LTC4009 相似，增加了電源通路 (PowerPath) 控制功能
LT3741
高功率、恆定電流、恆定電壓、降壓型控制器
耐熱性能增強型 4mm x 4mm QFN 封裝和 20 引腳
TSSOP 封裝
4000fa
40
Linear Technology Corporation
LT 0511 REV A
凌力爾特公司
www.linear.com.cn
© LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2011