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1、 南京拓品微电子有限公司 TP5100 南京拓品微电子有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 数据手册 DATASHEET TPTP51005100U 2A2A开关降压开关降压 8.4V/4.2V8.4V/4.2V锂电池充电锂电池充电器芯片器芯片 钟志成 13902453497 QQ:546657769本页已使用福昕阅读器进行编辑。 福昕软件( C ) 2 0 0 5 - 2 0 0 9 ,版权所有, 仅供试用。南京拓品微电子有限公司 TP5100 1 概述概述 TP5100是一款开关降压型双节8.4V/单节4.2V锂电池充电管理芯片。 其QFN16超小型封装 与简
2、单的外围电路, 使得TP5100非常适用于便携式设备的大电流充电管理应用。 同时, TP5100 内置输入过流、欠压保护、芯片过温保护、短路保护、电池温度监控、电池反接保护。 TP5100具有5V-18V宽输入电压,对电池充电分为涓流预充、恒流、恒压三个阶段,涓流 预充电电流、 恒流充电电流都通过外部电阻调整, 最大充电电流达2A。 TP5100采用频率400kHz 的开关工作模式使它可以使用较小的外围器件,并在大电流充电中仍保持较小的发热量。 TP5100内置功率PMOSFET、防倒灌电路,所以无需防倒灌肖特基二极管等外围保护。特性特性 双/单节8.4V/4.2V锂电池充电 内置功率MOSF
3、ET,开关型工作模式, 器件发热少,外围简单 可编程充电电流,0.1A-2A 可编程预充电电流,10%-100% 无需外接防倒灌肖特基二极管 宽工作电压,最大达到18V 红绿LED充电状态指示 芯片温度保护,过流保护,欠压保护 电池温度保护、电池反接停机、短路保护 开关频率400KHz,可用电感4.7uH-22uH PWR_ON-电源、电池供电切换控制 小于1的充电电压控制精度 涓流、恒流、恒压三段充电,保护电池 采用QFN16 4mm*4mm 超小型封装 绝对最大额定值绝对最大额定值 静态输入电源电压(VIN) :20V BAT:-8.4V20V BAT 短路持续时间:连续 最大结温:120
4、 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 应用应用 便携式设备、各种充电器 智能手机、PDA、移动蜂窝电话 MP4、MP5 播放器、平板电脑 航模 电动工具 对讲机典型应用典型应用 图 2 TP5100 为 8.4V 双节锂离子电池 1.5A 充电(150MA 预充)应用示意图 南京拓品微电子有限公司 TP5100 2 图 1 TP5100 为 4.2V 单节锂离子电池 1.5A 充电(150MA 预充)应用示意图 封装封装/订购信息订购信息 16 引脚 4mm*4mmQFN16 封装顶视图 (散热片可接地) 订单型号订单型号 TP5
5、100-QFN16 器件标记器件标记 TP5100 实物图片实物图片 南京拓品微电子有限公司 TP5100 3 TP5100 功能方框图功能方框图 图 3 TP5100 功能框图 南京拓品微电子有限公司 TP5100 4 电特性电特性 表1 TP5100电特性能参数 凡注表示该指标适合 8.4V、4.2V模式,否则仅指 8.4V,TRAR=25,VIN=12V,除特别注明。 符号符号 参数参数 条件条件 最小值最小值 典型值典型值 最大值最大值 单位单位 VIN 输入电源电压 4.5 12 18 V IRCC 输入电源电流 无电池模式,RRSR=0.1 待机模式(充电终止) 停机模式(CS=G
6、ND,VRinR80 82 %*VREG VRTEMP-L TEMP 引脚低端关机电压 43 45 %*VREG VRRECHRG 再充电电池门限电压 VRFLOATR-VRRECHRG 80 150 200 mV TRLIM 芯片保护温度 110 RRON 功率 FET“导通”电阻 170 m tRss 软启动时间 IRBATR=0 至IRBATR=0.1V/Rs 20 uS tRRECHARGE 再充电比较器滤波时间 VRBATR高至低 0.8 1.8 4 mS tRTERM 终止比较器滤波时间 IRBATR降至CR/10 以下 0.8 1.8 4 mS 南京拓品微电子有限公司 TP510
7、0 5 典型性能指标(典型性能指标(CS 设置为设置为 8.4V 锂电池充电模式)锂电池充电模式) 截止电压与电源电压关系 截止电压与环境温度关系 充电电流与电池电压关系 效率与电源电压关系 南京拓品微电子有限公司 TP5100 6 引脚功能引脚功能 VIN(引脚(引脚 1、4、5、16) :输入电压正输入) :输入电压正输入 端端。此管脚的电压为内部电路的工作电源, VIN的变化范围在 5V至 18V之间, 并通过一 个 10uF和 0.1uF的电容进行旁路。当VIN和 VRBATR压差低于 30mv时, TP5100 进入停机模 式,从而使IRBATR降至 1 A。 LX(引脚(引脚 2、
8、3) :) :内置内置 PMOSFETPMOSFET 功率管漏极功率管漏极 连接点连接点。LX 为 TP5100 的电流输出端与外部 电感相连作为电池充电电流的输入端。 PWR_ON-(引脚引脚 6):电源切换控制引脚。:电源切换控制引脚。 当芯片接电源时,PWR_ON-被内部开关拉到低电平,驱动 PMOS 导通,当芯片不接电源时,PWR_ON-被内部开关拉到高电平为BAT 端电池电压,驱动 PMOS 关断。此引 脚可以用于电源供电切换, 也可用作检测电源上电建立是否正常。 GND(引脚(引脚 7) :电源地) :电源地。 VS(引脚(引脚 8) :) :输出电流检测的正极输入端输出电流检测的
9、正极输入端。 BAT(引脚(引脚 9) :) :电池电压检测端电池电压检测端。将电池 的正端连接到此管脚。 VREG(引脚(引脚 10) :) :内部电源内部电源。VREG 是一个 内部电源, 它外接一个0.1uF旁路电容到地, 可以最大驱动 5mA 负载。 TS(引脚(引脚 11) :电池温度检测输入端) :电池温度检测输入端。将 TS 管脚接到电池的 NTC(负温度系数热敏 电阻)传感器的输出端。如果 TS 管脚的电 压小于 VREG 的 45%或者大于 VREG 电压 的 80%,意味着电池温度过低或过高,则充 电被暂停。如果 TS 直接接 GND,电池温度 检测功能取消,其他充电功能正
10、常。 RTRICK (引脚(引脚 12) : 涓流预充电流设置端) : 涓流预充电流设置端。 将 RTRICK 引脚接地则预充电电流为 10% 设置恒流, 通过外接电阻可以设置预充电电 流。 如果 RTRICK 悬空则预充电电流等于恒 流电流。 CS(引脚(引脚 13) :锂离子状态片选输入端) :锂离子状态片选输入端。CS 端高输入电平(VREG)将使 TP5100 处于 锂离子电池充电 8.4V 关断电压状态。CS 端 悬空使TP5100处于锂离子电池4.2V关断电 压状态。低输入电平使 TP5100 处于停机状 态。 CS 端可以被 TTL 或者 CMOS 电平驱动 控制。 STDBY(
11、引脚(引脚 14) :绿灯电池充电完成指) :绿灯电池充电完成指示端示端。 当电池充电完成时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。 CHRG(引脚(引脚 15) :红灯充电中状态指示) :红灯充电中状态指示 端端。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。 南京拓品微电子有限公司 TP5100 7 工作原理工作原理 TP5100是专门为双节8.4V/单节4.2V锂离子电池而设计的开关型大电流充电器芯片, 利用芯片内部的功率晶体管对电池进行涓流、恒流和恒压充电。充电电流可以用外 部电阻编
12、程设定,最大持续充电电流可达2A,不需要另加防倒灌二极管。TP5100 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和电池充满状态指示输出端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。 当输入电压大于芯片启动阈值电压和芯片使能输入端接高电平(VREG)或者悬空时,TP5100 开始对电池充电,CHRG管脚 输出低电平,表示充电正在进行。如果双节锂离子电池电压低于 5.8V (单节锂电子池电压低于 2.9V) ,充电器用小电流对电池进行涓流预
13、充电(预充电电流通过外接电阻可调) 。恒流充电电流由 VS 管脚和 VBAT 管脚之间的电阻确定。 当双节锂离子电池电压接近 8.4V(单节锂离子电池接近 4.2V)时,距离充电截止电压约 50mV(根据不同的电路连接电阻与电池内阻电压不同) ,充电电 流逐渐减小, TP5100 进入恒压充电模式。 当充电电流减小到截止电流时,充电周期结束,CHRG端输出高阻态,STDBY端输出低电位。 当电池电压降到再充电阈值 (双节锂离子电池 8.1V/单节锂离子电池 4.05V) 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截止电压的精度在+-1%以内
14、, 满足了锂离子电池的充电要求。 当输入电压掉电或输入电压低于电池电压时, 充电器进入低功耗的停机模式,无需外接防倒灌二极管,电池从芯片的漏电接近 1uA。 充电截止电压选择充电截止电压选择 TP5100 具有双节/单节锂电池两种充电 截止电压的选择。当 CS 端连接高电位 VREG 时,为 8.4V 双节锂离子电池充电标准,截止电压 8.4V。当 CS 端悬空,为单节锂离子电池电池充电标准,截止电压 4.2V。当将 CS 端接低电平 GND 时,充电器停止充电。 TP5100 的 CS 端的复合设计,可以通过外部控制决定 TP5100 处于充电模式与停机 模式的切换。 当 CS 端悬空, 表
15、示 TP5100 为单节锂离子电池充电。 8.4V 双节锂离子电池充电状态与停机模式的切换。如图 4 所示,通过一个开漏输出端口与 CS 端连接, 如果 NMOS 管栅极输入低电平,N1 截止,此时 CS 端接高电平,则充电截止电压为 8.4V,TP5100 为双节锂离子电池充电。当 NMOS 管栅极输入高电平, N1 导通,此时 CS 端被下拉到 GND,TP5100为停机模式。VREG 引脚可以最大提供 5mA驱动电流,上拉电阻可选 1k-100k。 图 4 受外部控制的 8.4V 锂离子电池充电状 态与停机状态的切换 南京拓品微电子有限公司 TP5100 8 充电电流设置充电电流设置 电池充电的电流IRBAT R,由外部电流检测 电阻Rs确定, Rs可由该电阻两端的调整阈值 电压Vs和恒流充电电流的比值来确定, 恒流 状态下Rs两端的电压为 100mV。 图 5 电池的充电电流设置 设定电阻器和充电电流采用下列公式来计 算: BATSIVR1 . 0(电流单位 A,电阻单位) 举例: 需要设置充电电流 1A,带入公式计