拓品微TP4057-500mA 线性锂离子电池充电器芯片 独立线性锂离子聚合物4.2V防反接电池充芯片

　　TP4057描述：

　　TP4057一款完整的单节锂离子电池充电器，带电池正负极反接保护，采用恒定电流/恒定电压线性控制。其SOT封装与较少的外部元件数目使得TP4057便携式应用的理想选择。TP4057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。充满电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当电池达到4.2V之后，充电电流降至设定值1/10，TP4057将自动终止充电。

　　当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，TP4057自动进入一个低电流状态，电池漏电流在2uA以下。TP4057的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚。

　　TP4057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zui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；

　　·zui高输入可达9V；

　　·自动再充电；

　　·2个充电状态开漏输出引脚；

　　·C/10充电终止；

　　·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6引脚SOT-23封装。

　　TP4057jue对zui大额定值：

　　·输入电源电压（VCC）：-0.3V～9V

　　·PROG：-0.3V～VCC+0.3V

　　·BAT：-4.2V～7V

　　·CHRG：-0.3V～10V

　　·BAT短路持续时间：连续

　　·BAT引脚电流：500mA

　　·PROG引脚电流：800uA

　　·zui大结温：145℃

　　·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℃

　　TP4057应用：

　　·充电座

　　·蜂窝电话、P大、MP3播放器

　　·蓝牙应用

　　·典型应用

　　500mA单节锂离子电池充电器

　　TP4057引脚功能：

　　CHRG（引脚1）：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。

　　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zui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4V至9V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，TP4057进入停机模式，从而使IBAT降至2μA以下。

　　STDBY（引脚5）：电池充电完成指示端。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。

　　PROG（引脚6）：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RPROG可以设定充电电流。当在恒定电流模式下进行充电时，引脚的电压被维持在1V。

　　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2.7V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40μA。重新将RPROG与地相连将使充电器恢复正常操作状态。

　　TP4057工作原理:

　　TP4057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500mA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，TP4057还能够从一个USB电源获得工作电源。

　　TP4057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，TP4057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zui终浮充电压（4.2V）时，TP4057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。

　　TP4057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。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阻值，公式一：1000 PROG BAT R I=(IBAT≤0.3A)例一：当需要设置充电电流为IBAT＝0.2A时，采用公式一计算得：1000 5000 0.2 RPROG==（Ω）即RPROG＝5kΩ公式二：()1000 1.3 PROG BAT BAT R I I=´-(IBAT>0.3A)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。

　　TP4057充电终止:

　　当充电电流在达到zui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引脚进行监控来检测的。当PROG引脚电压降至100mV以下的时间超过TERM t(一般为1.8ms)时，充电被终止。充电电流被锁断，TP4057进入待机模式，此时输入电源电流降至40μA。（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（TERM t）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，TP4057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，TP4057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(VRECHRG)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。

　　TP4057电池反接保护功能:

　　TP4057具备锂电池反接保护功能，档锂电池正负极反接于TP4057电流输出引脚，TP4057会停机显示故障状态，无充电电流。

　　两个充电指示管脚都处于高阻态，两个LED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，TP4057自动开始充电循环。反接后的TP4057当电池去除后，由于TP4057输出端BAT管脚电容电位仍为负值，则TP4057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，TP4057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。

　　TP4057充电状态指示器（CHRG STDBY）:

　　TP4057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绿灯STDBY正在充电状态亮灭电池充满状态灭亮电池反接，电源欠压灭灭

　　TP4057无电池连接指示灯状态可选三种方案:

　　无电池待机状态红灯绿灯应用1:BAT接一个10U电解电容闪烁亮应用2:BAT端接100k电阻到电源（图见P12）灭亮应用3:增加BAT端接5k电阻到电源（即将上述100k换成5k电阻。图见P12）两灯全灭注：BAT端连接5k电阻到电源时，电源会通过电阻充电至电池，大小约0.2mA。这样的小电流即使在电池充满后未及时取下情况中也不会对电池造成过充等危害。

　　TP4057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TP4057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TP4057的风险。在保证充电器将在zui坏情况条件下自动减小电流的前提下，可根据典型（而不是zui坏情况）环境温度来设定充电电流。有关SOT功率方面的考虑将在“热考虑”部分做进一步讨论。

　　TP4057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。

　　TP4057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TP4057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。图1利用NMOS管关断使PROG引脚浮置。

　　TP4057自动再启动:

　　一旦充电循环被终止，TP4057立即采用一个具有1.8ms滤波时间（RECHARGE t）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，STDBY引脚输出重新进入一个高阻状态。

　　TP4057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zui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zui大电阻值：PROG PROG C R··£5 2 10 1 p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。

　　TP4057外观图

　　TP4057功率损耗：

　　TP4057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：D CC BAT BAT P=(V-V)·I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：TA C-PDqJA=120°A CC BAT BAT JA实例：通过编程使一个从5V USB电源获得工作电源的TP4057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qJA为150℃/W（请参见电路板布局的考虑），当TP4057开始减小充电电流时，环境温度近似为：TA=120°C-(5V-3.75V)·(400mA)·150°C/W TA=120°C-0.5W·150°C/W=120°C-75°C TA=45°C TP4057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：CC BAT JA A BAT V V C T I-·q°-=()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：I mA C A C V V C W C C I BAT BAT 320 187.5/60(5 3.75)150/120 60=°°=-·°°-°=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TP4057应用设计中考虑zui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。

　　TP4057热考虑：

　　由于SOT23-6封装的外形尺寸很小，大电流应用中（400mA以上）散热效果不佳可能引起充电电流受温度保护而减小。请根据实际电源电压设计热耗散电阻，芯片Vcc端输入电压在4.6V为zui佳，可得到较大充电电流，一般热耗散电阻为0.5至1欧姆。采用一个热设计精良的PC板布局以zui大幅度地增加可使用的充电电流，这一点同样重要。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zui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。

　　TP4057VCC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,建议采用电解电容或钽电容。

　　TP4057充电电流软启动:

　　TP4057包括一个用于在充电循环开始时zui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20mS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zui大限度地减小电源上的瞬变电流负载的作用。

　　TP4057CHRG状态输出引脚:

　　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，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高阻态所取代，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引脚也将变成高阻抗。利用一个上拉电阻器，一个微处理器能够从该引脚检测出这两种状态，如图4所示。

　　为了在TP4057处于充电模式时进行检测，在采用100k上拉电阻器的情况下，N沟道MOSFET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，CHRG引脚为高阻抗IN引脚随后将由100k上拉电阻器拉至高电平。当然在欠压闭锁，输入电压不足的情况下IN引脚也将被拉至高电平，表示器件处于一个UVLO状态。

　　TP4057输入电压反向极性保护:

　　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5所示）。

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