AP5056 1A大电流锂电池充电器方案

www.ed-china.com 1A大电流锂电池充电器 随着当今数码电子产品功能的不断增加，LCD 屏幕越来越大，以及不断增强的 多媒体视屏功能，市面上锂离子/聚合物电池的容量也做得越来越大。与此同 时，消费者对缩短大容量电池的充电时间提出了期望。为了能更快速有效地对 这些大容量电池进行充电，以满足消费者不断增长的需求，无锡芯朋微电子推 出了大电流锂离子电池充电芯片 AP5056。 AP5056 是可以对单节锂离子或锂聚合物可充电电池进行恒流/恒压充电的充电 器电路。器件内部采用 PMOSFET 架构，应用时不需要外部另加阻流二极管。热 反馈电路可以自动调节充电电流，使器件在功耗比较大或者环境温度比较高的 情况下将芯片温度控制在安全范围内。 AP5056 只需要极少的外围元器件，可以适应 USB 电源和适配器电源工作，非常 适用于便携式应用的领域。充电输出电压为 4.2V，充电电流的大小可以通过一 个外部电阻设置。在恒压充电阶段中，当充电电流降至设定值 1/10 时， AP5056 将终止充电循环。 图 1：AP5056 管脚图。 当输入电压(交流适配器或者 USB 电源)掉电时，AP5056 自动进入低功耗的睡眠 模式，此时电池的电流消耗小于 2微安。其它功能包括输入电压过低锁存、芯 片使能输入、自动再充电、电池温度监控以及状态指示等功能。 充电过程：AP5056 在整个电池充电过程中有四种基本充电模式：涓流充电、恒 流充电、恒压充电和充电完成与再充电。 涓流充电：充电开始前，AP5056 先检查输入电源，当输入电源大于最小工作电 压或欠压锁定阈值，并且芯片使能端接高电平时，AP5056 开始对电池充电。 AP5056 先检查电池的状态。如果电池电压高于 3V，充电器则进入恒流充电；而 www.ed-china.com www.ed-china.com 如果电池电压低于 3V 时，充电器则进入涓流充电模式。涓流充电电流是恒流充 电电流的十分之一(还是以恒定充电电流为 1A 举例，则涓流充电电流为 100mA)，涓流充电状态一直保持延续到AP5056芯片探测到电池电压达到3V后结 束，之后进入恒流充电阶段。 图 2：AP5056 封装。 恒流充电：恒流充电模式中，充电电流由 PROG 脚与 GND 间的电阻 RPROG 确定。 (参见下文“可编程的充电电流”) IBAT = (VPROG/ RPROG)·1000 (VPROG 的典型值为 1V) AP5056 进入恒流充电模式中后，将一直按设定的电流值保持充电，直到电池慢 慢到达电压调节点 4.2V，转而进入恒压充电。 恒压充电：在电池电压慢慢接近 4.2V 时，充电器就渐渐转为恒压充电。此时原 先的恒流充电电流也慢慢减小，并随着电池容量越来越接近最大容量而急剧下 降。 充电完成与再充电：当充电电流被探测到减小至恒流充电电流的 10%后，充电 器终止向电池充电，进入低功耗的待机模式。 在待机模式下，AP5056 会继续检测电池端的电压，如果电池电压降到 4.05V 以 下，则充电器将再次向电池充电。 可编程的充电电流：AP5056 的充电电流由连接在 PROG 脚与 GND之间 RPROG 电阻 来确定，计算公式如下： IBAT = (VPROG/ RPROG)·1000 (VPROG 的典型值为 1V) 例如，客户需要得到一个 1A 的充电电流的话，根据公式得到 1A = (1/ RPROG)·1000，解方程式得 VPROG = 1000Ω，即 VPROG = 1KΩ 图 3显示了 RPROG 为 1K 和 2K 时，不同的电源输入 Vcc 与充电电流 Ibat 之间的 关系图，可以看到充电输出电流基本没有很大变化，只与 RPROG 的设定值有关 系。 www.ed-china.com www.ed-china.com Ibat vs Vcc(Vbat=4V) 0 200 400 600 800 1000 1200 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 Vcc(V) Ib at (m A) RPROG=1K RPROG=2K 图 3：电源输入 Vcc VS 充电电流 Ibat。 典型应用电路 图 4 给出的是典型的应用电路，电路中 R1, R2 由 NTC 热敏电阻值来确定。设热 敏电阻在最低工作温度时的电阻为RTL，在最高工作温度时的电阻为RTH(RTL与 RTH 的数据可查电池厂方数据或做实验得到)，则 R1，R2 的阻值分别为： R1 = RTL·RTH·（K2 - K1）（RTL - RTH）·K1·K2 错误！未定义书签。R2 = RTL·RTH·（K2 - K1）RTL·（K1 - K1·K2）- RTH·（K2 - K1·K2） 式中，K1=0.45，K2=0.8，进一步简化为 R1 = RTL·RTH·（K2 - K1）（RTL - RTH）·K1·K2 = RTL·RTH·0.35 （RTL - RTH）·0.36 错误！未定义书签。R2 = RTL·RTH·（K2 - K1）RTL·（K1 - K1·K2）- RTH·（K2 - K1·K2） = RTL·RTH·0.35 RTL·0.09 - RTH·0.44 www.ed-china.com www.ed-china.com 图 4：AP5056 应用电路。 如果用户只关心高温保护，而不用关心低温保护，则可将R2去掉，只保留R1， 这时 R1 的计算公式变为： R1 = RTH·（1 - K1） K1 = 1.22·RTH 直流适配器与 USB 组合的方案 当充电器需要直流适配器与USB充电两者都能用时，可采用图5所示的方案。方 案中，假如使用 USB 口进行供电的话，MOS-P 门极接地，USB 电源通过 MOS-P 导 通至 VCC，同时 MOS-N 处于关断状态，PROG 上的编程电阻为 2K，即充电电流设 定为 500mA，这样可防止 USB 接口被充电器拉死；而当采用 5V 直流适配器的时 候，适配器电流通过肖特基二极管加至VCC脚，MOS-P由于门极为高电平而被截 止，不会对 USB 口产生影响。同时 MOS-N 由于门极为高电平而导通，此时 PROG 脚上的编程电阻相当于1K(2个 2K电阻并联)，即设定充电电流为1A，来对锂离 子电池进行快速充电。 www.ed-china.com www.ed-china.com 图5：交流适配器与USB组合的方案。 芯片热保护功能 利用晶体管 PN 结的导通电压随温度升高而降低，而其变化值随温度的升高而增 加的特性，AP5056 了集成于芯片内部的过热保护功能。当内部温度传感器 升至约 125℃以上时，内部的热保护电路将自动减小充电电流的电流值，随着 温度的不断升高，当温度达到 145℃的时候，则可完全关闭充电电流。该功能 可以让用户放心使用最大功率的充电电流而无需担心芯片被损坏。 充电状态指示 AP5056有CHRG 和STDBY 两个状态输出指示。当充电器处于充电状态时，CHRG 置低电平，STDBY 输出高阻态；当电池处于充满状态时，CHRG 变为高阻态， STDBY 被拉为低电平。 如果不需要用到状态指示功能，可以将不用的相应的状态输出指示脚接地。 指示灯状态 充电状态 红灯 CHRG 绿灯 STDBY 正在充电 亮 灭 www.ed-china.com www.ed-china.com 电池充满 灭 亮 电源欠压、电池温度过高，过低 或无电池接入(TEMP 使用) 灭 灭 BAT 脚接 10uF 电容，无电池 (TEMP 接地) 闪烁 T=1/4S 亮 布板的注意事项 AP5056 采用 SOP8-PP 封装，芯片底部带有散热片，以便于将芯片工作时产生的 热量通过散热片发散出去，因此，为了达到较好的散热效果，散热片下的 PC 板 铜箔面积要尽可能的宽阔，并将之延伸至外面更大，更宽的铜箔面积，而且需 将散热片与散热片下的铜箔用焊锡焊接在一起，以增加热的传导性；此外，利 用多个通孔将上层铜箔与下层铜箔连接起来能够更有效地拓展散热面积，有利 于将热量散至周围环境中，增加充电芯片的散热效果(如图 6所示)。 图 6：AP5056 布板示意图。 在芯片散热良好的情况下，AP5056 可提供电路最大充电电流为 1600MA，实验 中，在室温状态下，充电电流设置为1600MA，连续工作15分钟，IC面温度为 60℃；设置为 1000MA 时，连续工作 15 分钟，IC 表面温度为 50℃。 www.ed-china.com 1A大电流锂电池充电器方案