TC40561A线性锂离子电池电器.docx

上传人:b****5 文档编号:28022644 上传时间:2023-07-07 格式:DOCX 页数:26 大小:695.77KB
下载 相关 举报
TC40561A线性锂离子电池电器.docx_第1页
第1页 / 共26页
TC40561A线性锂离子电池电器.docx_第2页
第2页 / 共26页
TC40561A线性锂离子电池电器.docx_第3页
第3页 / 共26页
TC40561A线性锂离子电池电器.docx_第4页
第4页 / 共26页
TC40561A线性锂离子电池电器.docx_第5页
第5页 / 共26页
点击查看更多>>
下载资源
资源描述

TC40561A线性锂离子电池电器.docx

《TC40561A线性锂离子电池电器.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《TC40561A线性锂离子电池电器.docx(26页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。

TC40561A线性锂离子电池电器.docx

TC40561A线性锂离子电池电器

一、产品描述

TC4056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。

其底部带有散热片的ESOP8/DIP8封装与较少的外部元件数目使得TC4056成为便携式应用的理想选择。

TC4056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,所以不需要外部隔离二极管。

热反馈可对充电电流进行自动调节,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,TC4056将自动终止充循环。

当输入电压(交流适配器或USB电源)被拿掉时,TC4056自动进入一个低电流状态,将电池漏电流降至2uA以下。

TC4056在有电源时也可置于停机模式,以而将供电电流降至55uA。

TC4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。

二、特点

Ø高达1000mA的可编程充电电流

Ø无需MOSFET、检测电阻器或隔离二极管

Ø用于单节锂离子电池、采用SOP封装的完整线性充电器

Ø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

Ø精度达到±1.5%的4.2V预设充电电压

Ø用于电池电量检测的充电电流监控器输出

Ø自动再充电

Ø充电状态双输出、无电池和故障状态显示

ØC/10充电终止

Ø待机模式下的供电电流为55uA

Ø2.9V涓流充电器件版本

Ø软启动限制了浪涌电流

Ø电池温度监测功能

Ø采用8引脚封装(ESOP-8,DIP-8)

三、产品应用

Ø移动电话、PDA

ØMP3、MP4播放器

Ø数码相机

Ø电子词典

ØGPS

Ø便携式设备、各种充电器

四、绝对最大额定值

Ø输入电源电压(Vcc):

-0.3V~8V

ØPROG:

-0.3V~Vcc+0.3V

ØBAT:

-0.3V~7V

ØGHRG:

-0.3V~10V

ØSTDBY:

-0.3V~7V

ØTEMP:

-0.3V~7V

ØCE:

-0.3V~7V

ØBAT短路持续时间:

连续

ØBAT引脚电流:

1200mA

ØPROG引脚电流:

1200uA

Ø最大结温:

145℃

Ø工作环境温度范围:

-40℃~85℃

Ø贮存温度范围:

-65℃~125℃

Ø引脚温度(焊接时间10秒):

260℃

五、完整的充电循环(1000mAh电池)

六、封装/订购信息及功能

ØTEMP(引脚1):

电池温度检测输入端。

将TEMP管脚接到电流的NTC传感器的输出端。

如果TEMP管脚的电压小于输入电压的45%或者大于输入电压的80%,意味着电池温度过低或过高,则充电被暂停。

如果TEMP直接接GND,电池温度检测功能取消,其他充电功能正常。

ØPROG(引脚2):

恒流充电电流设置和充电电流监测端。

从PROG管脚连接一个外部电阻到地端可以对充电电流进行编程。

在预充电阶段,此管脚的电压被调制在0.1V;在恒流充电阶段,此管脚的电压被固定在1V。

在充电状态的所有模式,测量该管脚的电压都可以根据下面的公式来估算充电电流:

ØGND(引脚3):

电源地。

ØVCC(引脚4):

输入电压正输入端。

此管脚的电压为内部电路的工作电源。

当Vcc与BAT管脚的电压差小于30mV时,TC4056将进入低功耗的停机模式,此时BAT管脚的电流小于2uA。

ØBAT(引脚5):

电池连接端。

将电池的正端连接到此管脚。

在芯片被禁止工作或者睡眠模式,BAT管脚的漏电流小于2uA。

BAT管脚向电池提供充电电流和4.2V的限制电压。

ØSTDBY(引脚6):

电池充电完成指示端。

当电流充电完成时STDBY被内部开关拉到低电平,表示充电完成。

除此之外,STDBY管脚将处于高阻态。

ØGHRG(引脚7)漏极开路输出的充电状态指示端。

当充电器向电池充电时,CHRG管脚被内部开关拉到低电平,表示充电正在进行;否则CHRG管脚处于高阻态。

ØCE(引脚8)芯片始能输入端。

高输入电平将使TC4056处于正常工作状态;低输入电平使TC4056处于被禁止充电状态。

CE管脚可以被TTL电平或者CMOS电平驱动。

七、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

4.0

5

8.0

V

ICC

输入电源电流

充电模式,RPROG=1.2K

待机模式(充电终止)

停机模式(RPROG未连接,VCC

150

55

55

55

500

100

100

100

μA

μA

μA

VFLOAL

稳定输出(浮充)电压

0℃≤TA≤85℃,

4.137

4.2

4.263

V

IBAT

BAT引脚电流:

(电流模式测试条件是

VBAT=4.0V)

RPROG=2.4K,电流模式

RPROG=1.2K,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

450

950

0

500

1000

-2.5

±1

-1

550

1050

-6

±2

-2

mA

mA

μA

μA

μA

ITRIKL

涓流充电电流

VBAT

120

130

140

mA

VTRIKL

涓流充电门限电压

RPROG=1.2K,VBAT上升

2.8

2.9

3.0

V

VTRHYS

涓流充电迟滞电压

RPROG=1.2K

60

80

100

mV

VUV

VCC欠压闭锁门限

从VCC低至高

3.5

3.7

3.9

V

VUVHYS

VCC欠压闭锁迟滞

150

200

300

mV

VASD

VCC-VBAT闭锁门限

电压

VCC从低到高

VCC从高到低

60

5

100

30

100

30

mV

mV

ITERM

C/10终止电流门限

RPROG=2.4K

RPROG=1.2K

60

120

70

130

80

140

mA

mA

VPROG

PROG引脚电压

RPROG=1.2K,电流模式

0.9

1.0

1.1

V

VCHRG

CHRG引脚输出低电压

ICHRG=5mA

0.3

0.6

V

VSTDBY

STDBY引脚输出低电平

ISTDBY=5mA

0.3

0.6

V

VTEMP-H

TEMP引脚高端翻转

电压

80

82

%Vcc

VTEMP-L

TEMP引脚低端翻转

电压

43

45

%Vcc

ΔVRECHRG

再充电电池门限电压

VFLOAT-VRECHRG

100

150

200

mV

TLIM

限定温度模式中的结温

145

RON

功率FET“导通”电阻

(在VCC与BAT间)

650

tss

软启动时间

IBAT=0至IBAT=1200V/RPROG

20

4

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

ms

IPROG

PROG引脚上拉电流

2.0

μA

八、典型性能特征

恒定电流模式下PROG引脚PROG引脚电压与温度的充电电流与PROG引脚电

电压与电源电压的关系曲线关系曲线压的关系曲线

稳定输出(浮充)电压与充稳定输出(浮充)电压与温稳定输出(浮充)电压与电

电电流的关系曲线度的关系曲线压的关系曲线

 

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”电阻与温度关系曲线

九、方框图及工作原理

TC4056是专门为一节锂离子或锂聚合物电池而设计的线性充电器电路,利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。

充电电流可以用外部电阻编程设定,最大持续充电电流可达1A,不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。

TC4056包含两个漏极开路输出的状态指示输出端,充电状态指示端CHRG和电池故障状态指示输出端STDBY。

芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过145℃时自动降低充电电流,这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力,不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。

这样,用户在设计充电电流时,可以不用考虑最坏情况,而只是根据典型情况进行设计就可以了,因为在最坏情况下,TC4056会自动减小充电电流。

当输入电压大于电源低电压检测阈值和芯片使能输入端拉高电平时,TC4056开始对电池充电,CHRG管脚输出低电平,表示充电正在进行。

如果电池电压低于3V,充电器用小电流对电池进行预充电。

当电池电压超过3V时,充电器采用恒流模式对电池充电,充电电流由PROG管脚和GND之间的电阻RPROG确定。

当电池电压接近4.2V电压时,充电电流逐渐减小,TC4056进入恒压充电模式。

当充电电流减小到充电结束阈值时,充电周期结束,CHRG端输出高阻态,STDBY端输出低电位。

充电结束阈值是恒流充电电流的10%。

当电池电压降到再充电阈值以下时,自动开始新的充电周期。

芯片内部的高精度的电压基准源,误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的精度在1.5%以内,满足了锂离子电池和锂聚合物电池的要求。

当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时,充电器进入低功耗的睡眠模式,电池端消耗的电流小于3uA,从增加了待机时间。

如果将使能输入端CE接低电平,充电器停止充电。

●充电电流的设定

充电电流是彩一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器来设定的。

设定电阻器和充电电流采用下列公式来计算:

根据需要的充电电流来确定电阻器的阻值

客户应用中,可根据需求选取合适大小的RPROG,RPROG与充电电流的关系确定可参考下表:

RPROG(K)

IBAT(mA)

30

50

20

70

10

130

5

250

4

300

3

400

2

580

1.66

690

1.5

780

1.33

900

1.2

1000

●充电终止

当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值的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引脚进行临控来检测的。

当PROG引脚电压降至100mV以下的时间超过tTERM(一般为1.8ms)时,充电被终止。

充电电流被锁断,TC4056进入待机模式,此时输入电源电流降至55UA。

(注:

C/10终止在涓流充电和热限制模式中失效)。

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(TERMt)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,TC4056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,TC4056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(RECHRGV)以下,则另一个充电循环开始并再次向电池供应电流。

图1示出了一个典型充电循环的状态图。

●充电状态指示器

TC4056有两个漏极开路状态指示输出端,CHRG和STDBY。

当充电器处于充电状态时,CHRG被拉到低电平,在其它状态,CHRG处于高阻态。

当电池的温度处于正常温度范围之外,CHRG和STDBY管脚都输出高阻态。

当TEMP端典型接法使用时,当电池没有接到充电器时,表示故障状态:

红灯和绿灯都不亮

在TEMP端接GND时,电池温度检测不起作用,当电池没有接到充电器时,CHRG输出脉冲信号表示没有安装电池。

当电池连接端BAT管脚的外接电容为10uF时CHRG闪烁频率约1-4秒

当不用状态指示功能时,将不用的状态指示输出端接到地。

充电状态

红灯CHRG

绿灯STDBY

正在充电状态

电压充满状态

欠压,电池温度过高,过低等故障状态,或无电池介入(TEMP使用)

BAT端接10u电容,无电池

(TEMP=GND)

绿灯亮,红灯闪烁

T=1-4S

各种不同的充电指示状态请参考TC4056使用注意事项及DEMO板说明书。

●热限制

如果芯片温度升至约140℃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150℃以上减小电流至0。

该功能可防止TC4056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TC4056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。

●电池温度监测

为了防止温度过高或者过低对电池造成的损害,TC4056内部集成有电池温度监测电路。

电池温度监测是通过测量TEMP管脚的电压实现的,TEMP管脚的电压是由电池内的NTC热敏电阻和一个电阻分压网络实现的,如图1所示。

TC4056将TEMP管脚的电压同芯片内部的两个阈值VLOW和VHIGH相比较,以确认电池的温度是否超出正常范围。

在TC4056内部,VLOW被固定在45%×Vcc,VHIGH被固定在80%×Vcc。

如果TEMP管脚的电压VTEMP

VTEMP>VHIGH,则表示电池的温度太高或者太低,充电过程将被暂停;如果TEMP管脚的电压VTEMP在VLOW和VHIGH之间,充电周期则继续。

如果将TEMP管脚接到地线,电池温度监测功能将被禁止。

●确定R1和R2的值

R1和R2的值要根据电池的温度监测范围和热敏电阻的电阻值来确定,现举例说明如下:

假设设定的电池温度范围为TL~TH,(其中TL<TH);电池中使用的是负温度系数的热敏电阻(NTC),RTL为其在温度TL时的阻值,RTH为其在温度TH时的阻值,则RTL>RTH,那么,在温度TL时,第一管脚TEMP端的电压为:

在温度TH时,第一管脚TEMP端的电压为:

然后,由VTEMPL=VHIGH=k2×Vcc(k2=0.8)

VTEMPH=VLOW=k1×Vcc(k1=0.45)

则可解得:

同理,如果电池内部是正温度系数(PTC)的热敏电阻,则>,我们可以计算得到:

从上面的推导中可以看出,待设定的温度范围与电源电压Vcc是无关的,仅与R1、R2、RTH、RTL有关;其中,RTH、RTL可通过查阅相关的电池手册或通过实验测试得到。

在实际应用中,若只关注某一端的温度特性,比如过热保护,则R2可以不用,而只用R1即可。

R1的推导也变得简单,在此不再赘述。

●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。

●手动停机

在充电循环中的任何时刻都能通过置CE端为低电位或去掉RPROG(从而使PROG引脚浮置)来把TC4056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55μA以下。

重新将CE端置为高电位或连接设定电阻器可启动一个新的充电循环。

如果TC4056处于欠压闭锁模式,则CHRG和引脚呈高阻抗状态:

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,TC4056立即采用一个具有1.8ms滤波时间(RECHARGEt)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。

图1:

一个典型充电循环的状态图

●稳定性的考虑

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:

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,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。

图2:

隔离PROG引脚上的容性负载和滤波电路

●功率损耗

TC4056因热反馈的缘故而减小充电电流的条件可通过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:

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:

实例:

通过编程使一个从5V电源获得工作电源的TC4056向一个具有3.75V电压的放电锂离子电池提供800mA满幅度电流。

假设JAq为150℃/W(请参见电路板布局的考虑),当TC4056开始减小充电电流时,环境温度近似为:

TC4056可在65℃以上的环境温度条件下使用,但充电电流将被降至800mA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:

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TC4056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145℃左右时自动降低功耗。

●热考虑

由于SOP8/MSOP8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,并通过底部的散热片到达

PC板铜面。

PC板铜面为散热器。

散热片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。

●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TC4056向一个具有3.75V电压的放电锂离子电池设置为800mA的满幅充电电流。

假设JAq为125℃/W,则在25℃的环境温度条件下,充电电流近似为:

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:

图3:

一种尽量增大热调节模式充节电流的电路

利用二次方程可求出2

取RCC=0.25Ω、VS=5V、VBAT=3.75V、TA=25℃且125℃/WJAq=,我们可以计算出热调整的充电电流:

IBAT=948mA,结果说明该结构可以在更高的环境温度下输出800MA满幅充电.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TC4056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。

●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。

●充电电流软启动

TC4056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。

图5:

低损耗输入反向极性保护USB和交流适配器电源

TC4056允许从一个交流适配器或一个USB端口进行充电。

图6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6:

交流适配器与USB电源的组合

十、封装描述

8引脚ESOP-8封装(单位mm)

8引脚封装(单位mm)

DIP-8

符号

毫米

最小

典型

最大

A

5.33

A1

0.38

A2

2.92

3.30

4.95

b

0.36

0.46

0.56

b2

1.14

1.52

1.78

c

0.20

0.25

0.36

D

9.02

9.27

10.16

E

7.62

7.87

8.26

E1

6.10

6.35

7.11

e

2.54

eA

7.62

eB

10.92

L

2.92

3.30

3.81

十一、典型应用

适合需要电池温度检测功能,电池温度异常指示

和充电状态指示的应用

适合需要充电状态指示,不需要适合既不需要充电状态指示,也不需要

电池温度监测功能的应用电池温度监测功能的应用

适合同时应用USB接口和墙上适配器充电充电状态用红色LED指示,充电结束状态

用绿色LED指示,增加热耗散功率电阻

TC4056使用注意事项及DEMO板说明书

一、TC4056使用注意事项:

1、TC4056采用SOP8/ESOP8-PP封装,使用中需将底部散热片与PCB板焊接良好,底部散热区域需要加通孔,并有大面积铜箔散热为优。

多层PCB

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 工程科技 > 交通运输

copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1