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1、南京拓微集成电路有限公司 TP4055 南京拓微集成电路有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 数据手册 DATASHEET TP4055 (500mA线性锂离子电池充电器) 特点 锂电池正负极反接保护； 高达500mA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 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； 可直接从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； 1个充电状态开漏输出引脚； C/10充电终止；
2、待机模式下的供电电流为40uA； 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 充电座 蜂窝电话、PDA、MP3播放器 蓝牙应用 典型应用 500mA单节锂离子电池充电器 绝对最大额定值 输入电源电压（VCC）： -0.3V9V PROG：-0.3VVCC+0.3V BAT：-4.2V7V CHRG：-0.3V10V BAT 短路持续时间：连续 BAT 引脚电流：500mA PROG引脚电流：800uA 最大结温：145 工作环境温度范围：-4085 贮存温度范围：-65125 引脚温度（焊接时间10秒）： 260 400mA电流完整的充电循环（700
3、mAh） 描述 TP4055是一款完整的单节锂离子电池带电池正负极反接保护采用恒定电流/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TP4055成为便携式应用的理想选择。TP4055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，TP4055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
4、，TP4055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TP4055置于停机模式，以而将供电电流降至40uA。TP4055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。 南京拓微集成电路有限公司 TP4055 3 封装/订购信息 订单型号 TP4055-42-SOT25-R 器件标记 5引脚塑料SOT-23-5封装 55bm 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 9.0 V ICC 输入电
5、源电流 充电模式，RPROG=10K 待机模式（充电终止） 停机模式（RPROG未连接，VCC0.3A) 在大于 0.3A 应用中，芯片热量相对较大，温度保护会减小充电电流，不同环境测试电流与公式计算理论值也变的不完全一致。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) 20k 50 10k 100 5k 200 4k 250 3k 300 2k 400 1.6k 500 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
6、行监控来检测的。当 PROG 引脚电压降至 100mV 以下的时间超过 TERMt (一般为1.8ms)时，充电被终止。充电电流被锁断，TP4055 进入待机模式，此时输入电源电流降至40A。（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，TP4055 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
7、上的所有负载都必须由电池来供电。 在待机模式中，TP4055对BAT 引脚电压进行连续监控。如果该引脚电压降到4.1V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。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 2 示出了一个典型充电循环的状态图。 电池反接保护功能 TP4055 具备锂电池反接保护功能，档锂电池正负极反接于 TP4055 电流输出引脚，TP4055 会停机显示故障状态，无充电电流。南京拓微集成电路有限公司 TP4055 8 两个充电指示管脚都处于高阻态，两个 L
8、ED灯全灭，此时反接的锂电池漏电电流小于0.8mA。将反接的电池正确接入，TP4055 自动开始充电循环。 反接后的 TP4055 当电池去除后，由于TP4055输出端BAT 管脚电容电位仍为负值，则TP4055指示灯不会立刻正常亮，只有正确接入电池可自动激活充电。或者等待较长时间BAT 端电容负电位的电量放光，BAT 端电位大于零伏，TP4055 会显示正常的无电池指示灯状态。 反接情况下，电源电压应在标准电压 5V左右，不应超过 8V。过高的电源电压在反接电池电压情形下，芯片压差会超过10V，故在反接情况下电源电压不宜过高。 充电状态指示器（CHRG） TP4055有一个漏极开路状态指示输
9、出端，CHRG。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闪烁周期约0.5-2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 正在充电状态 亮 电池充满状态 灭 电池反接，电源欠压 灭 BAT端接10u电解电容的无电池状态 红灯闪烁T=0.5-2 S 热限制 如果芯片温度试图升至约 120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。该功能可防止TP4055过热，并允许用户提高给定电路板功率处理能力的上
10、限而没有损坏TP4055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50mV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去掉RPROG（从而使PROG引脚浮置）来把TP4055置于停机模式。这使得电池漏电流降至 2A以下，且电源
11、电流降至 50A 以下。重新连接设定电阻器可启动一个新的充电循环。图1利用NMOS管关断使PROG引脚浮置。 图1：可信号控制充电电路 自动再启动 一旦充电循环被终止，TP4055 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 4.1V（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引脚输出重新进入一个强下拉状态。 南京拓微集成电路有限公司 TP4055 9 图2：一个典型充电循环的状态图 稳
12、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1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： PROGPROG CR 51021p 对用户来说，
13、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3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3：隔离PROG引脚上的容性负载 和滤波电路 功率损耗 TP4055 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： BATBATCCD IVVP = )( 式中的 PD为耗散的功
14、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： JADA PCT q= 120 JABATBATCCA IVVCT q= )(120 实例：通过编程使一个从5V USB电源获得工作电源的TP4055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JAq 为150/W（请参见电路板布局的考虑），当TP4055开始减小充电电流时，环境温度近似为： WCmAVVCTA /150)400()75.35(120 =南京拓微集成电路有限公司 TP4055 10CCWCWCTA = 75120/1505.0120CT
15、A = 45 TP4055 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： JABATCCABAT VVTCIq=)(120 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： mAIACCWCVVCCIBATBAT320/5.18760/150)75.35(60120=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TP4055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。 热考虑 由于
16、SOT23-6 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
