介紹了將線性電池充電器的功耗降至最低的技術。從穩定的壁立方體開關電源開始，描述了限制線性充電電路耗散的方法。提供了電路，顯示了計算，討論了PMOS調整管的散熱，并提出了合適的調整管。

介紹

單節Li+線性充電器的數據手冊很少討論功耗或如何處理散熱。高輸入電壓和充電電流會增加調整元件必須處理的功率。本應用筆記討論了如何在保持安全器件和系統溫度限制的同時最大化充電電流。

使用正確的直流輸入電源

低電壓輸入可降低功耗。為了給單節Li+電池充電，我們需要一個穩壓良好的4.2V±1%或4.1V±1%（取決于電池化學成分）輸出。輸入電壓需要更高，以覆蓋電池正極端子和輸入直流電源之間的壓降。圖1顯示了典型充電器的這些內容。

圖1.壓降貢獻。

Vin = Vsense + Vpmos + Vtrace + Vdiode + 4.2V

最小輸入可以描述如下。

Vin（min） = Rsense × Icharge + Rds（on） × Icharge + Rtrace × Icharge + （Vthmax（d） + Rd × Icharge） + 4.2V

其中 Vdiode = Vthmax（d） + Rd × Icharge， Vthmax（d）;二極管導通閾值電壓，Rd;二極管串聯電阻

正如我們在上式中看到的，如果充電電流（Icharge）增加，充電器需要更高的輸入電壓。以下是充電電流為4mA時示例電路（圖500）的實際數據。

輸入電壓 = 0.303V（Vdiode） + 0.060V（Vsense） + 0.112V（Vpmos） + 0.000V（Vtrace） + 4.2V

輸入電壓 = 4.68V

肖特基二極管：Zetex ZHCS1000，

PMOS 場效應管： Fairchild FDC636P,

Rsense = 105mΩ，

回溯：寬 40 密耳，長 0.5 英寸，銅跡線 1 盎司。此值取決于 PCB 布局和電池觸點。

由于這些數據取自一個原型，我們還應該考慮每個參數的公差。一個 5V±5% 穩壓良好的開關模式 AC 適配器將提供一些裕量，以考慮容差。AC適配器不需要精確的電流限制，因為充電器具有電流控制，但AC適配器的最大電流能力必須比線性充電器的快速充電電流高200-300mA。圖2所示為使用MAX5021低功耗、電流模式PWM控制器的交流適配器示例。

圖2.5V/1A 交流適配器。

優化充電電流和功耗

圖3所示為用于測試的電路。它是一款線性充電器，充電電流為 500mA，定時器限制為 6 小時。

圖3.MAX1898單節Li+線性充電器。

線性充電器的總功耗表示如下。

Pdiss = （Vin - Vbatt） × Icharge

為了確定快速充電電流，我們需要計算P-MOSFET Q1上允許的最壞情況功耗。

Q1的功耗表示如下：

Pdiss（Q1） = Vds（Q1） × Icharge

Vds（Q1） = 5V - VD1 - 充電 × RCS - Vbatt

其中VD1：D1正向壓降，Rcs：內部電流檢測電阻。

此外，在任何工作條件下，P-MOSFET 的結溫都不應超過其最大限值 = 150°C。

Tj = Ta + RΘJA × Pdiss（Q1）

表1顯示了可用于充電器的一些可能的P-MOSFET產品。盡管規格顯示最大功率耗散相當高，但我們應該謹慎對待PCB安裝條件。在許多 MOSFET 器件上，為封裝額定值指定的“FR-1 板上 2 in_ 4oz Cu 焊盤”對于許多應用來說可能并不現實。相反，以下設計過程會產生更實際的結果。

首先，我們應該找出在系統設計限制下可以獲得的最佳RΘJA。RΘJA是結到外殼（RΘJC）和外殼到環境熱阻（RΘCA）的總和，其中外殼熱參考定義為漏極引腳的焊接安裝表面。RΘJC 由設計保證，而 RΘCA 由用戶的電路板設計、散熱器方法和冷卻系統決定。我們應該盡可能降低RΘCA。但是， 會有一些限制，例如有限的電路板空間， 沒有通風， 和對PCB材料的安全要求.由于我們不能直接測量 Tj，我們可以使用 Tc 來計算 RΘCA。

Tc = Ta + RΘCA × Pdiss（Q1）

RΘCA = （Tc - Ta）/ Pdiss（Q1）

為了設計用于表面貼裝PMOS FET的高效散熱器，我們應該盡可能增加漏極引腳板面積。然后我們可以測量Vd-s（Q1），Icharge和Tc來計算RΘCA。如果測得的RΘCA低于我們的預期，我們應該增加漏極引腳焊盤的表面積或減小充電電流。也， 我們應該記住，Tc 不得超過 130°C 或 150°C PCB 最高工作溫度， 取決于 PCB 材料.在開始之前，我們應該檢查我們使用的 PCB 材料的 UL 文件編號及其最高工作溫度.假設我們使用的 FR-4 雙層板額定溫度最高為 130°C。

如果測得的外殼溫度Tc在Ta = 125°C和Pdiss（Q50） = 1mW時為800°C，

125°C = 50°C + RΘCAx800mW

RΘCA = （125°C - 50°C）/0.8W

= 93.75°C/W

如果 RΘCA = 93.75°C/W，RΘCJ = 30°C/W （TSOP-6），Ta（max）= 50°C，Tj（max） = 150°C，我們可以達到的最大功率耗散;

150°C = 50°C + 123.75°C/W × Pdiss（Q1）

最大功耗 （Q1） = 808mW

如果初始Vbatt = 3.0V，Rcs = 105mΩ，VD1 = 0.35V，Icharge = 500mA，則最壞情況Vds（Q1）最大值為;

Vds（Q1）最大值 = 5V - VD1 - 充電 × RCS - Vbatt = 1.40V

允許的最大充電電流為：

Icharge（max） = Poiseses（Q1）max/Vds（Q1）max

= 808mW/1.60V

= 505毫安

當然，隨著電池電壓的升高，功耗會逐漸下降。

結論

我們可以通過適當的散熱方法優化直流輸入源、充電電流和功耗，為單節Li+電池提供安全可靠的線性充電器。圖4所示為MAX1898充電器、4.2V、900mA Li+電池和5V/1A MAX5021交流穩壓適配器的實際測試結果。