1A大電流鋰電池充電器方案

隨著當(dāng)今數(shù)碼電子產(chǎn)品功能的不斷增加，LCD屏幕越來(lái)越大，以及不斷增強(qiáng)的多媒體視屏功能，市面上鋰離子/聚合物電池的容量也做得越來(lái)越大。與此同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)縮短大容量電池的充電時(shí)間提出了期望。為了能更快速有效地對(duì)這些大容量電池進(jìn)行充電，以滿足消費(fèi)者不斷增長(zhǎng)的需求，無(wú)錫芯朋微電子推出了大電流鋰離子電池充電芯片AP5056。

AP5056是可以對(duì)單節(jié)鋰離子或鋰聚合物可充電電池進(jìn)行恒流/恒壓充電的充電器電路。器件內(nèi)部采用PMOSFET架構(gòu)，應(yīng)用時(shí)不需要外部另加阻流二極管。熱反饋電路可以自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流，使器件在功耗比較大或者環(huán)境溫度比較高的情況下將芯片溫度控制在安全范圍內(nèi)。

AP5056只需要極少的外圍元器件，可以適應(yīng)USB 電源和適配器電源工作，非常適用于便攜式應(yīng)用的領(lǐng)域。充電輸出電壓為4.2V，充電電流的大小可以通過(guò)一個(gè)外部電阻設(shè)置。在恒壓充電階段中，當(dāng)充電電流降至設(shè)定值1/10 時(shí)，AP5056將終止充電循環(huán)。

當(dāng)輸入電壓(交流適配器或者USB電源)掉電時(shí)，AP5056自動(dòng)進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時(shí)電池的電流消耗小于2微安。其它功能包括輸入電壓過(guò)低鎖存、芯片使能輸入、自動(dòng)再充電、電池溫度監(jiān)控以及狀態(tài)指示等功能。

充電過(guò)程：AP5056在整個(gè)電池充電過(guò)程中有四種基本充電模式：涓流充電、恒流充電、恒壓充電和充電完成與再充電。

涓流充電：充電開(kāi)始前，AP5056先檢查輸入電源，當(dāng)輸入電源大于最小工作電壓或欠壓鎖定閾值，并且芯片使能端接高電平時(shí)，AP5056開(kāi)始對(duì)電池充電。AP5056先檢查電池的狀態(tài)。如果電池電壓高于3V，充電器則進(jìn)入恒流充電；而如果電池電壓低于3V時(shí)，充電器則進(jìn)入涓流充電模式。涓流充電電流是恒流充電電流的十分之一(還是以恒定充電電流為1A舉例，則涓流充電電流為100mA)，涓流充電狀態(tài)一直保持延續(xù)到AP5056芯片探測(cè)到電池電壓達(dá)到3V后結(jié)束，之后進(jìn)入恒流充電階段。

圖2：AP5056封裝。

恒流充電：恒流充電模式中，充電電流由PROG腳與GND間的電阻RPROG確定。(參見(jiàn)下文“可編程的充電電流”)

IBAT = (VPROG/ RPROG)·1000 (VPROG的典型值為1V)

AP5056進(jìn)入恒流充電模式中后，將一直按設(shè)定的電流值保持充電，直到電池慢慢到達(dá)電壓調(diào)節(jié)點(diǎn)4.2V，轉(zhuǎn)而進(jìn)入恒壓充電。恒壓充電：在電池電壓慢慢接近4.2V時(shí)，充電器就漸漸轉(zhuǎn)為恒壓充電。此時(shí)原先的恒流充電電流也慢慢減小，并隨著電池容量越來(lái)越接近最大容量而急劇下降。 充電完成與再充電：當(dāng)充電電流被探測(cè)到減小至恒流充電電流的10%后，充電器終止向電池充電，進(jìn)入低功耗的待機(jī)模式。 在待機(jī)模式下，AP5056會(huì)繼續(xù)檢測(cè)電池端的電壓，如果電池電壓降到4.05V以下，則充電器將再次向電池充電。

可編程的充電電流：AP5056的充電電流由連接在PROG腳與GND之間RPROG電阻來(lái)確定，計(jì)算公式如下：

IBAT = (VPROG/ RPROG)·1000 (VPROG的典型值為1V)

例如，客戶需要得到一個(gè)1A的充電電流的話，根據(jù)公式得到

1A = (1/ RPROG)·1000，解方程式得VPROG = 1000Ω，即VPROG = 1KΩ

圖3顯示了RPROG為1K和2K時(shí)，不同的電源輸入Vcc 與充電電流Ibat之間的關(guān)系圖，可以看到充電輸出電流基本沒(méi)有很大變化，只與RPROG的設(shè)定值有關(guān)系。

圖3：電源輸入Vcc VS 充電電流Ibat。

典型應(yīng)用電路

圖4給出的是典型的應(yīng)用電路，電路中R1, R2由NTC熱敏電阻值來(lái)確定。設(shè)熱敏電阻在最低工作溫度時(shí)的電阻為RTL，在最高工作溫度時(shí)的電阻為RTH(RTL與RTH的數(shù)據(jù)可查電池廠方數(shù)據(jù)或做實(shí)驗(yàn)得到)，則R1，R2的阻值分別為：

直流適配器與USB組合的方案

當(dāng)充電器需要直流適配器與USB充電兩者都能用時(shí)，可采用圖5所示的方案。方案中，假如使用USB口進(jìn)行供電的話，MOS-P門極接地，USB電源通過(guò)MOS-P導(dǎo)通至VCC，同時(shí)MOS-N處于關(guān)斷狀態(tài)，PROG上的編程電阻為2K，即充電電流設(shè)定為500mA，這樣可防止USB接口被充電器拉死；而當(dāng)采用5V直流適配器的時(shí)候，適配器電流通過(guò)肖特基二極管加至VCC腳，MOS-P由于門極為高電平而被截止，不會(huì)對(duì)USB口產(chǎn)生影響。同時(shí)MOS-N由于門極為高電平而導(dǎo)通，此時(shí)PROG腳上的編程電阻相當(dāng)于1K(2個(gè)2K電阻并聯(lián))，即設(shè)定充電電流為1A，來(lái)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行快速充電。

圖5：交流適配器與USB組合的方案。

芯片熱保護(hù)功能

利用晶體管PN結(jié)的導(dǎo)通電壓隨溫度升高而降低，而其變化值隨溫度的升高而增加的特性，AP5056設(shè)計(jì)了集成于芯片內(nèi)部的過(guò)熱保護(hù)功能。當(dāng)內(nèi)部溫度傳感器升至約125℃以上時(shí)，內(nèi)部的熱保護(hù)電路將自動(dòng)減小充電電流的電流值，隨著溫度的不斷升高，當(dāng)溫度達(dá)到145℃的時(shí)候，則可完全關(guān)閉充電電流。該功能可以讓用戶放心使用最大功率的充電電流而無(wú)需擔(dān)心芯片被損壞。

充電狀態(tài)指示

AP5056有CHRG和STDBY兩個(gè)狀態(tài)輸出指示。當(dāng)充電器處于充電狀態(tài)時(shí)，CHRG置低電平，STDBY輸出高阻態(tài)；當(dāng)電池處于充滿狀態(tài)時(shí)，CHRG變?yōu)楦咦钁B(tài)，STDBY被拉為低電平。

如果不需要用到狀態(tài)指示功能，可以將不用的相應(yīng)的狀態(tài)輸出指示腳接地。

指示燈狀態(tài)

布板的注意事項(xiàng)

AP5056采用SOP8-PP封裝，芯片底部帶有散熱片，以便于將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)散熱片發(fā)散出去，因此，為了達(dá)到較好的散熱效果，散熱片下的PC板銅箔面積要盡可能的寬闊，并將之延伸至外面更大，更寬的銅箔面積，而且需將散熱片與散熱片下的銅箔用焊錫焊接在一起，以增加熱的傳導(dǎo)性；此外，利用多個(gè)通孔將上層銅箔與下層銅箔連接起來(lái)能夠更有效地拓展散熱面積，有利于將熱量散至周圍環(huán)境中，增加充電芯片的散熱效果(如圖6所示)。

圖6：AP5056布板示意圖。

在芯片散熱良好的情況下，AP5056可提供電路最大充電電流為1600MA，實(shí)驗(yàn)中，在室溫狀態(tài)下，充電電流設(shè)置為1600MA，連續(xù)工作15分鐘，IC表面溫度為60℃；設(shè)置為1000MA時(shí)，連續(xù)工作15分鐘，IC表面溫度為50℃。