TP5000

TP5000数据手册DATASHEETTP5000U(2A开关型4.2V锂电池/3.6V铁锂电池充电器)BANSNTECHTP50001111概述TP5000是一款开关降压型单节锰锂电池/磷酸铁锂电池充电管理芯片。其QFN16超小型封装与简单的外围电路，使得TP5000非常适用于便携式设备的大电流充电管理应用。同时，TP5000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。TP5000具有宽输入电压，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。TP5000采用频率800kHz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。TP5000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。TP5000的恒流功能，也可以用在2串锂电池或4串干电池输入，恒流驱动0.5-7W白光LED。特性■单节4.2V锰锂或3.6V磷酸铁锂电池充电■内置功率MOSFET,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9V■两路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800KHz，可用电感2.2uH-10uH■自动再充电功能■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QFN164mm*4mm超小型封装绝对最大额定值■输入电源电压（VIN）：10V■BAT：-4.2V～9V■BAT短路持续时间：连续■最大结温：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℃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■矿灯■电动工具■白光LED驱动典型应用图1TP5000为4.2V锂离子电池1.5A充电（150MA预充）应用示意图BANSNTECHTP50002222图2TP5000为3.6V磷酸铁锂电池1.5A充电（150MA预充）应用示意图封装////订购信息16引脚4mm*4mmQFN16封装顶视图（散热片接地不可接其他电位）订单型号TP5000-QFN16器件标记TP5000实物图片BANSNTECHTP50003333TP5000TP5000TP5000TP5000功能方框图图3TP5000功能框图BANSNTECHTP50004444电特性表1TP5000电特性能参数凡表注●表示该指标适合整个工作温度范围，否则仅指TRAR=25℃，VIN=6V，除非特别注明。符号参数条件最小值典型值最大值单位VIN输入电源电压●4.059.0VIRCC输入电源电流充电模式，RRSR=0.1Ω待机模式（充电终止）停机模式（CS=GND，VRinRVRBATR，或VRinRVRUVR）●●●250180180180500250250250μAμAμAVRFLOAL充电截止电压4.2V锂离子电池4.1584.24.242V3.6V磷酸铁锂电池3.5643.63.636VIRBATBAT引脚电流:(电流模式测试条件是CS=VIN、电池=3.8V)RRS=0.1Ω，恒流模式RRSR=0.067Ω，恒流模式待机模式，VRBATR=4.2VVIN=0V，VRBATR=4.2V●●●●95014500010001500－4－411001600－6－6mAmAuAuAIRTRIKL涓流预充电电流RTRICK引脚接地1.2VVRBATRVRTRIKLR，RRSR=0.067●150170190mAF振荡频率650800950KHzDMAX最大占空比100%DMIN最小占空比0%VRTRIKL涓流充电门限电压（4.2V）（3.6V）RRS=0.067Ω，VRBATR上升2.82.42.92.53.02.6VVRTRHYS涓流充电迟滞电压RRS=0.067Ω6080100mVVRUVVRINR欠压闭锁门限从VRINR低至高●3.53.73.9VVRUVHYSVRINR欠压闭锁迟滞●150200300mVVRASDVRINR-VRBATR闭锁门限电压VRINR从低到高VRINR从高到低6051003014050mVmVIRTERMC/10终止电流门限RRS=0.067Ω●130150170mACHRGV引脚输出低电压CHRGI=5mA0.30.6VSTDBYV引脚输出低电平STDBYI=5mA0.30.6VVRTEMP-HTEMP引脚高端关机电压8082%*VINVRTEMP-LTEMP引脚低端关机电压4345%*VINΔVRRECHRG再充电电池门限电压VRFLOATR-VRRECHRG100150200mVTRLIM芯片保护温度145℃RRON功率FET“导通”电阻260mΩtRss软启动时间IRBATR=0至IRBATR=0.1V/Rs20uStRRECHARGE再充电比较器滤波时间VRBATR高至低0.81.84mStRTERM终止比较器滤波时间IRBATR降至CR/10以下0.81.84mSBANSNTECHTP50005555典型性能指标（CSCSCSCS设置为4.2V4.2V4.2V4.2V锂电池充电模式）截止电压与环境温度关系截止电压与电源电压关系充电电流与电池电压关系引脚功能VINVINVINVIN（引脚1111、2222、16161616）：输入电压正输入端。此管脚的电压为内部电路的工作电源，VIN的变化范围在4.5V至9V之间，并通过一个10μF的钽电容进行旁路。当VIN和VRBATR压差低于30mv时，TP5000进入停机模式，从而使IRBATR降至4μA。LXLXLXLX（引脚3333、4444、5555）：内置PMOSFET功率管漏极连接点。LX为TP5000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。GNDGNDGNDGND（引脚6666、7777）：电源地。VSVSVSVS（引脚8888）：输出电流检测的正极输入端。BATBATBATBAT（引脚9999）：电池电压检测端。将电池的正端连接到此管脚。VREGVREGVREGVREG（引脚10101010）：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。TSTSTSTS（引脚11111111）：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TS直接接GND，电池温度检测功能取消，其他充电功能正常。RTRICKRTRICKRTRICKRTRICK（引脚12121212）：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。CSCSCSCS（引脚13131313）：锂离子或磷酸铁锂状态片选输入端。CS端高输入电平将使TP5000处于锂离子电池充电4.2V关断电压状态。CS端悬空使TP5000处于磷酸铁锂3.6V关断电压状态。低输入电平使TP5000处于停机状态。CS端可以被TTL或者CMOS电平驱动。STDBYSTDBYSTDBYSTDBY（引脚14141414）：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。CHRGCHRGCHRGCHRG（引脚15151515）充电中状态指示端。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。BANSNTECHTP50006666工作原理TP5000是专门为单节4.2V锂离子/3.6V磷酸铁锂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。TP5000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或者悬空时，TP5000开始对电池充电，CHRG管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果锂离子电池电压低于2.9V（磷酸铁锂电池电压低于2.5V），充电器用小电流对电池进行涓流预充电（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。当锂离子电池电压接近4.2V（磷酸铁锂电池接近3.6V）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，TP5000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（锂离子电池4.05V，磷酸铁锂电池3.45V）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，满足了锂离子电池和磷酸铁锂电池的充电要求。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4uA。充电截止电压选择TP5000具有单节锂离子/磷酸铁锂电池两种充电截止电压的选择。当CS端连接高电位VIN时，为4.2V锂离子电池充电标准，截止电压4.2V。当CS端悬空，为磷酸铁锂电池充电标准，截止电压3.6V。当将CS端接低电平GND时，充电器停止充电。TP5000的CS端的复合设计，可以通过外部控制决定TP5000处于充电模式与停机模式的切换。4.2V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4.2V，TP5000为锂离子电池充电。当NMOS管栅极输入高电平，N1导通，此时CS端被下拉到GND，TP5000为停机模式。图4受外部控制的4.2V锂离子电池充电状态与停机状态的切换3.6V磷酸铁锂电池充电状态与停机状态的切换。如图5所示，如果NMOS管栅极输入低电平，N1截止，此时CS端悬空，则充电截止电压为3.6V，TP5000为磷酸铁锂电池充电。当NMOS管栅极输入高电平，N1导通，CS端被下拉到GND，TP5000为停机模式。图5受外部控制的磷酸铁锂电池充电状态与停机状态的切换BANSNTECHTP50007777充电电流设置电池充电的电流IRBATR,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6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Ω）举例：需要设置充电电流1A，带入公式计算得Rs=0.1Ω表2给出了一些设置不同电流对应的Rs电阻，方便快速设计所需电路。表2：Rs及其对应的恒流充电电流RS(Ω)IRBATR(mA)11000.25000.110000.06715000.052000涓流预充电流设置如果电池电压低于预充电门限电压，TP5000将启动一个预充电过程对电池充电，TP5000的预充电电流可以通过TRICK端口设置。预充电电流是采用一个连接在TRICK管脚与地之间的电阻器来设定的。图7TRICK端内部电路图从上图7中可以看出，如果RTRICK端口直接接地，电阻分压得到的电压比例即为预充电涓流与恒流充电电流的比例。那么预充电电流为恒流充电电流的1/10。此引脚仅更改涓流电流，关断电流不受此影响