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6up锂电池充电管理IC LTC4054规格书



  锂电池充电管理IC LTC4054规格书_电子/电路_工程科技_专业资料。深圳市国创半导体设计有限公司 产品规格书 4054 拟稿 审核 批准 www.gcsemi.com 1 深圳市国创半导体设计有限公司 4054 TP4054 线性锂离子电池充电器 描述

  深圳市国创半导体设计有限公司 产品规格书 4054 拟稿 审核 批准 www.gcsemi.com 1 深圳市国创半导体设计有限公司 4054 TP4054 线性锂离子电池充电器 描述 4054 TP4054 是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其 SOT 封装与较少的外部元件数目使得 4054 成为便携式应用的理想选择。 4054 可以适合 USB 电源和适配器电源工作。 由于采用了内部 PMOSFET 架构,加上防倒充电路,所以不需要外部检测电阻器和 隔离二极管。热反馈可对充电电流进行调节,以便在大功率操作或高环境温度条件下对 芯片温度加以限制。 充电电压固定于 4.2V, 而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。 当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 时, 4054 将自动终止充电循环。 当输入电压(交流适配器或 USB 电源)被拿掉时,4054 自动进入一个低电流状 态,将电池漏电流降至 2uA 以下。也可将 4054 置于停机模式,以而将供电电流降至 45uA。4054 的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和一个用于指 示充电结束和输入电压接入的状态引脚。 特点 ·高达 800mA 的可编程充电电流; ·无需 MOSFET、检测电阻器或隔离二极管; ·用于单节锂离子电池、采用 SOT23-5 封装的完 整线性充电器; ·恒定电流/恒定电压操作,并具有可在无过热危 险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能; ·直接从 USB 端口给单节锂离子电池充电; ·精度达到±1%的 4.2V 预设充电电压; ·用于电池电量检测的充电电流监控器输出; ·自动再充电; ·充电状态输出引脚; ·C/10 充电终止; ·待机模式下的供电电流为 45uA; ·2.9V涓流充电器件版本; ·软启动限制了浪涌电流; ·采用 5 引脚 SOT-23 封装。 应用 ·蜂窝电线播放器; ·充电座; ·蓝牙应用。 典型应用 600mA 单节锂离子电池充电器 绝对最大额定值 ·输入电源电压(VCC) :-0.3V~10V ·PROG:-0.3V~VCC+0.3V ·BAT:-0.3V~7V :-0.3V~10V · ·BAT 短路持续时间:连续 ·BAT 引脚电流:800mA ·PROG 引脚电流:800uA ·最大结温:125℃ ·工作环境温度范围:-40℃~85℃ ·贮存温度范围:-65℃~125℃ ·引脚温度(焊接时间 10 秒) :260℃ 完整的充电循环(750mAh 电池) www.gcsemi.com 2 电特性 凡表注●表示该指标适合整个工作温度范围,否则仅指 TA=25℃,VCC=5V,除非特别注明。 符号 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VCC 输入电源电压 ● 4.2 5 6.5 V 输入电源电流 ICC 充电模式,RPROG=10K 待机模式(充电终止) 停机模式(RPROG 未连接, VCCVBAT,或 VCCVUV) ● ● ● 150 45 45 45 500 150 150 150 μA μA μA 稳定输出(浮充)电压 VFLQAL 0℃≤TA≤85℃, IBAT=40mA 4. 158 4.2 4.242 V BAT 引脚电流 RPROG=10K,电流模式 RPROG=2K,电流模式 待机模式,VBAT=4.2V 停机模式(RPROG 未连接) 睡眠模式,VCC=0V ● 90 ● 450 ● 0 100 500 -2.5 +-1 -1 110 550 -6 +-2 -2 mA mA μA μA μA IBAT ITRIKL 涓流充电电流 VBATVTRIKL,RPROG=2K ● 30 50 80 mA VTRIKL 涓流充电门限电压 RPROG=10K,VBAT 上升 2.8 2.9 3.0 V VTRHYS 涓流充电迟滞电压 RPROG=10K 60 80 100 mV VUV VCC 欠压闭锁门限 从 VCC 低至高 ● 3.6 3.8 3.95 V VUVHYS VCC 欠压闭锁迟滞 ● 150 200 300 mV 手动停机门限电压 VMSD PROG 引脚电平上升 PROG 引脚电平下降 ● 1.15 ● 0.9 1.22 1.0 1.30 1.1 V V VASD VCC-VBAT 闭锁门限电压 VCC 从低到高 VCC 从高到低 60 5 100 30 140 50 mV mV ITERM C/10 终止电流门限 RPROG=10K RPROG=2K ● 8 ● 40 10 50 12 60 mA mA VPROG PROG 引脚电压 RPROG=10K,电流模式 ● 0.9 1.0 1.1 V I CHRG 引脚弱下拉电流 VCHRG =5V 8 20 35 μA VCHRG ΔVRECHRG 引脚输出低电压 I CHRG =5mA VFLOAT-VRECHRG 0.1 0.3 0.5 V 再充电电池门限电压 100 150 200 mV TLIM 限定温度模式中的结温 120 ℃ RON 功率 FET“导通”电阻 (在 VCC 与 BAT 之间) 650 mΩ tss 软启动时间 IBAT=0 至 IBAT=1000V/RPROG 20 μs tRECHARGE 再充电比较器滤波时间 VBAT 高至低 0.8 1.8 4 ms tTERM 终止比较器滤波时间 IBAT 降至 ICHG/10 以下 0.8 1.8 4 ms IPROG PROG 引脚上拉电流 2.5 μA www.gcsemi.com 3 典型性能特征 恒定电流模式下 PROG 引脚 电压与电源电压的关系曲线 PROG 引脚电压与温度的 关系曲线 充电电流与 PROG 引脚电 压的关系曲线 PROG 引脚上拉电流与温度 和电源电压的关系曲线 PROG 引脚电流与 PROG 引脚 电压的关系曲线(上拉电流) PROG 引脚电流与 PROG 引脚 电压的关系曲线(箝位电流) 稳定输出(浮充)电压与充 电电流的关系曲线 稳定输出(浮充)电压与温 度的关系曲线 稳定输出(浮充)电压与电 压的关系曲线 强下拉状态下的 脚 I-V 曲线 引 强下拉状态下的 引 弱下拉状态下的 I-V 曲线 引脚 脚电流与温度的关系曲线 www.gcsemi.com 4 引 弱下拉状态下的 脚电流与温度的关系曲线 涓流充电电流与温度的关系 曲线 涓流充电电流与电源电压的 关系曲线 涓流充电门限与温度的关系 曲线 充电电流与电池电压的关系 曲线 充电电流与电源电压的关系 曲线 充电电流与环境温度的关 系曲线 再充电电压门限与温度的关 系曲线 功率 FET“导通”电阻与温 度的关系曲线 www.gcsemi.com 5 引脚功能 CHRG(引脚 1) : 漏极开路充电状态输出。 在电池的充电过程中,由一个内部 N 沟道 MOSFET 将 CHRG 引脚拉至低电平。当充 电循环结束时, 一个约 20μA 的弱下拉电流 “AC 存 源被连接至 CHRG 引脚,指示一个 在”状态。当 4054 检测到一个欠压闭锁 条件时,CHRG 引脚被强制为高阻抗状态。 GND(引脚 2) :地 : BAT(引脚 3) :充电电流输出。该引脚向电 : 池提供充电电流并将最终浮充电压调节至 4.2V。该、引脚的一个精准内部电阻分压器 设定浮充电压,在停机模式中,该内部电阻 分压器断开。 VCC(引脚 4) :正输入电源电压。该引脚向 : 充电器供电。VCC 的变化范围在 4.25V 至 6.5V 之间,并应通过至少一个 1μF 电容器 进行旁路。当 VCC 降至 BAT 引脚电压的 30mV 以内,4054 进入停机模式,从而使 IBAT 降至 2μA 以下。 PROG(引脚 5) :充电电流设定、充电电流 : 监控和停机引脚。 在该引脚与地之间连接一 个精度为 1%的电阻器 PPROG 可以设定充电 电流。当在恒定电流模式下进行充电时,该 引脚的电压被维持在 1V。在所有的模式中 都可以利用该引脚上的电压来测算充电电 流,公式如下: IBAT=(VPROG/RPROG)×1000 PROG 引脚还可用来关断充电器。将设定电 阻器与地断接,内部一个 2.5μA 电流将 PROG 引脚拉至高电平。当该引脚的电压达 到 1.22V 的停机门限电压时, 充电器进入停 机模式,充电停止且输入电源电流降至 45μA。重新将 RPROG 与地相连将使充电器 恢复正常操作状态。 方框图 www.gcsemi.com 6 工作原理 TP4054 4054 是一款采用恒定电流/恒定电压算 法的单节锂离子电池充电器。它能够提供 800mA 的充电电流(借助一个热设计良好的 PCB 布局)和一个内部 P 沟道功率 MOSFET 和热调节电路。 无需隔离二极管或外部电流检 测电阻器;因此,基本充电器电路仅需要两个 外部元件。不仅如此,4054 还能够从一个 USB 电源获得工作电源。 至设定值的 1/10 时,充电循环被终止。该条 件是通过采用一个内部滤波比较器对 PROG 引脚进行监控来检测的。当 PROG 引脚电压 降至 100mV 以下的时间超过 t TERM (一般为 1.8ms)时,充电被终止。充电电流被锁断, 4054进入待机模式 制模式中失效) 。 充电时,BAT 引脚上的瞬变负载会使 PROG 引脚电压在 DC 充电电流降至设定值的 1/10 之间短暂地降至 100mV 以下。终止比较 器上的 1.8ms 滤波时间( tTERM )确保这种性 质的瞬变负载不会导致充电循环过早终止。 一 旦平均充电电流降至设定值的 1/10 以下, TP4054 即终止充电循环并停止通过 BAT 引脚 提供任何电流。在这种状态下,BAT 引脚上的 所有负载都必须由电池来供电。 在待机模式中,4054对BAT引脚电压 进行连续监控。 如果该引脚电压降到 4.05V 的 再充电电门限( V RECHRG )以下,则另一个充电 循环开始并再次向电池供应电流。 当在待机模 式中进行充电循环的手动再启动时, 必须取消 然后再施加输入电压, 或者必须关断充电器并 使用 PROG 引脚进行再启动。图 1 示出了一个 典型充电循环的状态图。6up ,此时输入电源电流降 至 45μA。 (注:C/10 终止在涓流充电和热限 正常充电循环 当 Vcc 引脚电压升至 UVLO 门限电平以 上且在 PROG 引脚与地之间连接了一个精度 为 1%的设定电阻器或当一个电池与充电器输 出端相连时,一个充电循环开始。如果 BAT 引脚电平低于 2.9V,则充电器进入涓流充电 模式。在该模式中,4054 提供约 1/10 的设 定充电电流, 以便将电流电压提升至一个安全 的电平,从而实现满电流充电。 当 BAT 引脚电压升至 2.9V 以上时, 充电 器进入恒定电流模式, 此时向电池提供恒定的 充电电流。当 BAT 引脚电压达到最终浮充电 压(4.2V)时,4054 进入恒定电压模式, 且充电电流开始减小。 当充电电流降至设定值 的 1/10,充电循环结束。 充电电流的设定 充电电流是采用一个连接在 PROG 引脚与地 之间的电阻器来设定的。电流充电电流是 PROG 引脚输出电流的 1000 倍。设定电阻器 和充电电流采用下列公式来计算: 充电状态指示器( 充电状态指示器( ) R PROG = 1000V 1000V , I CHG = I CHG RPROG 从 BAT 引 脚 输 出 的 充 电 电 流 可 通 过 监 视 PROG 引脚电压随时确定,公式如下: I BAT = VPROG ? 1000 RPROG 充电状态输出具有三种不同的状态: 强下 拉(约 10mA) 、弱下拉(约 20μA)和高阻抗。 强下拉状态表示 4054处于一个充电循环 中。一旦充电循环被终止,则引脚状态由欠压 闭锁条件来决定。弱下拉状态表示 Vcc 满足 UVLO 条件且 4054处于充电就绪状态 。高阻 抗状态表示 4054处于欠压闭锁模式 :要么 Vcc 高出 BAT 引脚电压的幅度不足 100mV,要 么施加在 Vcc 引脚上的电压不足。 可采用一个 微处理器来区分这三种状态――在“应用信 息”部分将对此方法进行讨论。 热限制 如果芯片温度试图升至约 75℃的预设值 以上, 则一个内部热反馈环路将减小设定的充 电电流,直到 120℃以上停止充电。该功能可 充电终止 当充电电流在达到最终浮充电压之后降 www.gcsemi.com 7 过热 防止 4054 TP4054 过热,并允许用户提高给定电路 板功率处理能力的上限而没有损坏 4054的 风险。 在保证充电器将在最坏情况条件下自动 减小电流的前提下,可根据典型(而不是最坏 情况) 环境温度来设定充电电流。 有关 ThinSOT 功率方面的考虑将在“应用信息”部分做进一 步讨论。 欠压闭锁 一个内部欠压闭锁电路对输入电压进行 监控, 并在 Vcc 升至欠压闭锁门限以上之前使 充电器保持在停机模式。 UVLO 电路将使充电 器保持在停机模式。如果 UVLO 比较器发生 跳变,则在 Vcc 升至比电池电压高 100mV 之 前充电器将不会退出停机模式。 图 1:一个典型充电循环的状态图 稳定性的考虑 只要电池与充电器的输出端相连, 恒定电 压模式反馈环路就能够在未采用一个外部电 容器的情况下保持稳定。在没有接电池时,为 了减小纹波电压,建议采用一个输出电容器。 当采用大数值的低 ESR 陶瓷电容器时,建议 增加一个与电容器串联的 1Ω 电阻器。 如果使 用的是钽电容,则不需要串联电阻器。 在恒定电流模式中, 位于反馈环路中的是 PROG 引脚,而不是电池。恒定电流模式的稳 定性受 PROG 引脚阻抗的影响。当 PROG 引 脚上没有附加电容会减小设定电阻器的最大 容许阻值。 PROG 引脚上的极点频率应保持在 CPROG,则可采用下式来计算 RPROG 的最大电 阻值: 手动停机 在充电循环中的任何时刻都能通过去掉 RPROG(从而使 RPROG 引脚浮置)来把 4054 置于停机模式。这使得电池漏电流降至 2μA 以下,且电源电流降至 50μA 以下。重新连 接设定电阻器可启动一个新的充电循环。 在手动停机模式中, 只要 Vcc 高到足以超 过 UVLO 条件,CHRG 引脚都将处于弱下拉 状态。如果 4054处于 欠压闭锁模式,则 CHRG 引脚呈高阻抗状态: 要么 Vcc 高出 BAT 引脚电压的幅度不足 100mV,要么施加在 Vcc 引脚上的电压不足。 自动再启动 一旦充电循环被终止,4054立即采用 一个具有 1.8ms 滤波时间( t RECHARGE )的比 较器来对 BAT 引脚上的电压进行连续监控。 当 电池电压降至 4.05V(大致对应于电池容量的 80%至 90%)以下时,充电循环重新开始。 这确保了电池被维持在(或接近)一个满充电 状态, 并免除了进行周期性充电循环启动的需 要。在再充电循环过程中, CHRG 引脚输出 进入一个强下拉状态。 R PROG ≤ 1 2π ? 10 ? C PROG 5 对用户来说, 他们更感兴趣的可能是充电 电流,而不是瞬态电流。例如,如果一个运行 在低电流模式的开关电源与电池并联,则从 BAT 引脚流出的平均电流通常比瞬态电流脉 冲更加重要。在这种场合,电流通常比瞬态电 流脉冲更加重要。在这种场合,可在 PROG 引脚上采用一个简单的 RC 滤波器来测量平均 的电池电流(如图 2 所示) 。在 PROG 引脚和 滤波电容器之间增设了一个 10k 电阻器以确 保稳定性。 www.gcsemi.com 8 不仅如此,正如工作原理部分所讨论的那样, 当热反馈使充电电流减小时, PROG 引脚上的 电压也将成比例地减小。 切记不需要在 4054 应用设计中考虑最 坏的热条件,这一点很重要,因为该 IC 将在 结温达到 120℃左右时自动降低功耗。 图 2:隔离 PROG 引脚上的容性负载 和滤波电路 热考虑 由于 SOT23-5 封装的外形尺寸很小,因 此,需要采用一个热设计精良的 PC 板布局以 最大幅度地增加可使用的充电电流, 这一点非 常重要。用于耗散 IC 所产生的热量的散热通 路从芯片至引线框架,并通过峰值后引线(特 别是接地引线)到达 PC 板铜面。PC 板铜面 为散热器。 引脚相连的铜箔面积应尽可能地宽 阔,并向外延伸至较大的铜面积,以便将热量 散播到周围环境中。 至内部或背部铜电路层的 通孔在改善充电器的总体热性能方面也是颇 有用处的。当进行 PC 板布局设计时,电路板 上与充电器无关的其他热源也是必须予以考 虑的, 因为它们将对总体温升和最大充电电流 有所影响。 下表罗列了几种不同电路板尺寸和铜面 积条件下的热阻。 所有的测量结果都是在静止 空气中的 3/32″FR-4 电路板上(器件安装于其 顶面)获得的。 功率损耗 TP4054 因热反馈的缘故而减小充电电流 4054 的条件可通过 IC 中的功率损耗来估算。这种 功率损耗几乎全部都是由内部 MOSFET 产生 的――这可由下式近似求出: PD = (VCC ? VBAT ) ? I BAT 式中的 PD 为耗散的功率,VCC 为输入电源电 压,VBAT 为电池电压,IBAT 为充电电流。当热 反馈开始对 IC 提供保护时, 环境温度近似为: T A = 120°C ? PDθ JA T A = 120°C ? (VCC ? VBAT ) ? I BAT ? θ JA 实例: 通过编程使一个从 5V USB 电源获得工 作电源的 4054 向一个具有 3.75V 电压的放 电锂离子电池提供 400mA 满幅度电流。假设 θ JA 为 150℃/W(请参见电路板布局的考虑) , 当 4054 似为: 开始减小充电电流时,环境温度近 TA = 120°C ? (5V ? 3.75 V ) ? (400mA) ?150°C / W TA = 120°C ? 0.5W ?150°C / W = 120°C ? 75°C TA = 45°C 4054 可在 45℃以上的环境温度条件下使 用,但充电电流将被降至 400mA 以下。对于 一个给定的环境温度, 充电电流可有下式近似 求出: I BAT = 120°C ? T A (VCC ? VBAT ) ? θ JA 再以 60℃的环境温度来考虑前面的例子。充 电电流将被大约减小至: I BAT = I BAT 120°C ? 60°C 60°C = (5V ? 3.75V ) ? 150°C / W 187.5°C / A = 320mA www.gcsemi.com 9 增加热调节电流 降低内部 MOSFET 两端的压降能够显著 减少 IC 中的功耗。在热调节期间,这具有增 加输送至电池的电流的作用。 对策之一是通过 一个外部元件(例如一个电阻器或二极管)将 一部分功率耗散掉。 实例:通过编程使一个从 5V 交流适配器 获得工作电源的 4054 向一个具有 3.75V 电 压的放电锂离子电池提供 800mA 的满幅充电 电流。假设 θ JA 为 125℃/W,则在 25℃的环境 温度条件下,充电电流近似为: 的充电电流: IBAT=708.4mA 虽然这种应用可以在热调整模式中向电池输 送更多的能量并缩短充电时间, 但在电压模式 中,如果 VCC 变得足够低而使 4054 处于低 压降状态,则它实际上有可能延长充电时间。 图 4 示出了该电路是如何随着 RCC 的变大而导 致电压下降的。 当为了保持较小的元件尺寸并避免发生 压降而使 RCC 值最小化时, 该技术能起到最佳 的作用。 请牢记选择一个具有足够功率处理能 力的电阻器。 I BAT = 120°C ? 25°C = 608mA (5V ? 3.75V ) ? 125°C / W 通过降低一个与 5V 交流适配器串联的电阻器 两端的电压(如图 3 所示) ,可减少片上功耗, 从而增大热调整的充电电流: I BAT = 120°C ? 25°C (VS ? I BAT RCC ? VBAT ) ? θ JA VCC 旁路电容器 输入旁路可以使用多种类型的电容器。 然 而,在采用多层陶瓷电容器时必须谨慎。由于 有些类型的陶瓷电容器具有自谐振和高 Q 值 的特点,因此,在某些启动条件下(比如将充 电器输入与一个工作中的电源相连) 有可能产 生高的电压瞬态信号。 增加一个与 X5R 陶瓷电 容器串联的 1.5Ω 电阻器将最大限度地减小 启动电压瞬态信号。 利用二次方程可求出 I BAT 。 2 (VS ?VBAT) ? (VS ?VBAT)2 I BAT = 2RCC 4RCC(120 °C ?TA ) 充电电流软启动 4054包括一个用于在充电循环开始时 最大限度地减小涌入电流的软启动电路。 当一 个充电循环被启动时, 充电电流将在 20μs 左 右的时间里从 0 上升至满幅全标度值。 在启动 过程中, 这能够起到最大限度地减小电源上的 瞬变电流负载的作用。 θJA 取 RCC=0.25Ω、 VS=5V、 VBAT=3.75V、 TA=25℃ 且 θ JA = 125℃/W ,我们可以计算出热调整 www.gcsemi.com 10 状态输出引脚 CHRG 引脚能够提供一个输入电压高于 欠压闭锁门限电平的指示。 一个约 20μA 的弱 下拉电流表示 VCC 引脚上施加了开始充电循环 所需的足够电压。 当一个放电电池被连接到充 电器时,充电循环的恒定电流部分开始, 反向极性输入电压保护 反向极性输入电压保护 在有些应用中,需要在 VCC 上进行反向极 性电压保护。如果电源电压足够高,则可采用 一个串联隔离二极管。 在其他必须保持低降压 的场合,可以采用一个 P 沟道 MOSFET(如图 6 所示) 。 CHRG 引脚电平被拉至地。 CHRG 引脚能够 吸收高达 10mA 的电流,以驱动一个用于指示 充电循环正在进行之中的 LED。 当电池接近充满时,充电器进入充电循 环的恒定电压部分,充电电流开始下降。当充 电电流降至不足设定电流的 1/10 时,充电循 环结束且强下拉被一个 20μA 下拉所取代, 表 示充电循环已经结束。 如果输入电压被拿掉或 降至欠压闭锁门限以下,则 CHRG 引脚变成 高阻抗。利用两个不同阻值的上拉电阻器,一 个微处理器能够从该引脚检测出所有三种状 态,如图 5 所示。 USB 和交流适配器电源 TP4054 允许从一个交流适配器或一个 4054 USB 端口进行充电。图 7 示出了如何将交流 适配器与 USB 电源输入加以组合的一个实 例。一个 P 沟道 MOSFET(MP1)被用于防 止交流适配器接入时信号反向传入 USB 端 口,而一个肖特基二极管(D1)则被用于防 止 USB 功率在经过 1K 下拉电阻器时产生损 耗。 一般来说, 交流适配器能够提供比电流限 值为 500mA 的 USB 端口大得多的电流。 因此, 当交流适配器接入时,可采用一个 N 沟道 MOSFET(MN1)和一个附加的 10K 设定电 阻器来把充电电流增加至 600mA。 图 5:采用一个微处理器来确定 态 引脚状 为了在 4054 TP4054 处于充电模式时进行检 测,将数字输出引脚(OUT)强制为高电平并 测量 CHRG 引脚上的电压。即使在采用 2k 上拉电阻器的情况下,N 沟道 MOSFET 也将把 该引脚拉至低电平。一旦充电循环终止,N 沟 道 MOSFET 即被关断,并且一个 20μA 的电流 IN 引脚随后将由 2K 源被连接至 CHRG 引脚。 上拉电阻器拉至高电平。 为了确定是否存在一 个弱下拉电流, 应将 OUT 引脚强制为高阻抗状 态。 弱电流源将通过一个 800K 电阻器将 IN 引 脚引脚拉至低电平;如果 CHRG 引脚为高阻 抗,则 IN 引脚将被拉至高电平,表示器件处 于一个 UVLO 状态。 封装描述 S5 封装 5 引脚塑料 SOT-23-5 封装 典型应用 地址:深圳市福田区振华路海外装饰大厦A座15A-42 电线