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