單芯片USB鋰離子/聚合物電池充電器解決方案

　　目前市場上相當多的超薄便攜式應用采用單節(jié)鋰離子/聚合物電池，它們要求一個全功能的、可靠的電池充電器，它能夠提供很好的功能、非常小的體積、非常好的性價比、以及靈活性。AAT3681A可滿足以上所有要求，而且只需要一個外部元件。

　　AAT3681A的封裝尺寸非常小，只有2.0×2.1mm，這使得它非常適合便攜式和超便攜式應用。這一器件是即插即用型充電器設計師能夠得到的最理想器件，它可以幫助設計師節(jié)省設計和PCB布板時間，也有助于將產(chǎn)品快速推向市場。

　　AnalogicTech可提供專為便攜式和手持式電池供電應用設計的大量電源轉(zhuǎn)換解決方案。一個成功設計的最重要特征之一是，器件與目標應用之間的匹配是非常完美的。

　　就AAT3681A來說，現(xiàn)代便攜式應用的功能正在以一個令人瞠目結(jié)舌的速度擴展，所有類型的新功能正被添加進去以滿足市場的要求。因此，提供這一器件的目的是把單節(jié)鋰離子電池充電器所需的所有功能全部集成在一起，以及最大程度地減小電路設計師的設計工作量?，F(xiàn)在他們可以把精力更多地集中在充電器設計的主要目標上，而不是電池充電器設計的非常深入的細節(jié)上。

　　AAT3681A Battery Manager是一個高度集成的單節(jié)鋰離子/聚合物電池充電器IC，設計用于從一個DC電源或USB口進行充電，輸入電壓可高達7.5V。它只需要一個外部元件就能實現(xiàn)全部的功能。AAT3681A可精確地為4.2V(或4.375V)鋰離子/聚合物電池組調(diào)節(jié)電池充電電壓和電流。

　　當從AC適配器或USB口充電時，高達300mA的電池充電電流可通過一個外部電阻進行設置。電池充電狀態(tài)被不間斷地監(jiān)測，一旦錯誤情況(如過壓、短路或過熱)發(fā)生，該器件將自動關(guān)斷，從而保護充電設備、控制系統(tǒng)和處于充電狀態(tài)的電池。AAT3681A提供一個狀態(tài)監(jiān)測輸出腳，它通過直接驅(qū)動一個外部LED來指示電池充電狀態(tài)。

　　AAT3681A采用節(jié)省空間的8腳無鉛耐熱SC70JW封裝，占板面積只有2.0×2.1mm，工作溫度范圍為-40℃到+85℃。

　　最近發(fā)布的AAT3681A是一個單節(jié)電池充電器，它適合很多的應用，包括：1)藍牙耳機；2)DECT耳機；3)數(shù)碼相機；4)MP3便攜式音樂播放機、PMP；5)腕表；6)其它鋰離子/聚合物電池供電設備。

　　盡管該器件的設計目的是為了讓充電器的設計變得非?？焖?、簡單和容易，但它集成了很多特性來幫助優(yōu)化電池充電性能和PCB布板面積。下面是這些特性和功能的一部分：1)USB或AC適配器系統(tǒng)電池充電器；2)15mA到300mA的可編程充電電流；3)4.0V到7.5V的輸入電壓范圍；4)與內(nèi)部充電器件的高度集成；5)反向阻塞二極管；6)自動電流感應；7)自動再充定序；8)充滿電自動關(guān)斷/睡眠模式/充電終結(jié)；9)關(guān)機電流小于1uA；10)電池預充、過壓和緊急過熱保護狀態(tài)下的自動涓流充電；11)上電復位和軟啟動；12)LED狀態(tài)引腳；13)8腳2.0×2.1mm SC70JW封裝。

　　模塊描述

　　單節(jié)鋰離子/聚合物電池正在變成便攜式和超便攜式應用的主要選擇。針對這一終端市場而開發(fā)的AAT3681A是一個高性能的電池充電器，設計用于從一個外部電源以高達300mA的電流對單節(jié)鋰離子/聚合物電池進行充電。這一充電電流可使用一個外部電阻在15mA到300mA的很寬范圍內(nèi)進行定制。這就允許適配器/USB口在不同的應用中執(zhí)行快速充電。它是一個獨立的充電解決方案，只需要一個外部元件就可以實現(xiàn)全部功能。這一器件可精確地為4.2V鋰離子/聚合物電池組調(diào)節(jié)電池充電電壓和電流。

　　圖1：(a) 典型應用框圖；(b) 功能框圖和引腳排列。

　　該器件的額定工作溫度范圍為-40℃到+85℃。在某一給定的恒流充電水平下，當工作環(huán)境溫度超出了該器件封裝的功耗能力時，其充電控制將進入熱限制狀態(tài)。

　　該器件提供一個狀態(tài)監(jiān)測輸出引腳，它可直接驅(qū)動一個外部LED來指示電池充電狀態(tài)。器件結(jié)溫和充電狀態(tài)被充分監(jiān)測，以防錯誤狀況發(fā)生。

　　AAT3681A實現(xiàn)了一個完整的保護系統(tǒng)。在過壓或過溫錯誤狀態(tài)發(fā)生時，該器件將自動關(guān)斷，以保護充電設備、控制系統(tǒng)和充電狀態(tài)下的電池。

　　充電操作

　　AAT3681A具有針對整個電池充電周期的四種基本充電模式：預充/涓流充電、恒流/快速充電、恒壓充電和充電終結(jié)。

　　電池預充

　　在充電開始前，為了確保一個安全的充電環(huán)境，AAT3681A會檢查幾個條件。輸入電源必須超過最小工作電壓或欠壓鎖定閾值，才能啟動充電順序。當這些條件都已得到滿足且電池連接到BAT引腳，AAT3681A就檢查電池的狀態(tài)。如果電池電壓低于預充電壓閾值，充電控制電路就開始對電池進行預充。電池預充涓流充電電流是快速充電恒流的十分之一。

　　例如，如果可編程快速充電電流是300mA，那么預充電流就是30mA。電池單元預充是針對深度放電電池單元的一種安全預防措施，它也有助于限制導通晶體管上的功耗，因為此時該器件上的電壓差是最大的。恒流充電電池單元預充一直持續(xù)到BAT引腳上的電壓超出預充電壓閾值。到達此點后，該器件開始恒流充電階段。恒流充電幅值由用戶通過設置電阻進行編程。AAT3681A一直保持恒流充電模式，一直到電池到達電壓調(diào)節(jié)點。

　　恒壓充電

　　在恒流快速充電階段，當電池電壓到達輸出充電調(diào)節(jié)閾值時，系統(tǒng)就進入恒壓充電模式。調(diào)節(jié)電壓水平在出廠時設置為4.2V(±0.5%)。恒壓模式下的充電電流掉下來，因為充電中的電池單元快到達其最大容量。

　　充電周期終結(jié)和再充電順序

　　在恒壓模式下，當充電電流掉到快速充電電流的10%時，該器件就終止充電，并進入睡眠狀態(tài)。充電器將保持睡眠狀態(tài)，直到電池電壓降到電池再充電壓閾值以下。

　　由于在睡眠狀態(tài)下消耗非常低的電流，因此AAT3681A在不充電時可將電池泄露降到最低。這一特性對這樣一些應用來說特別有用，其輸入電源水平可能低于充電電池水平或欠壓鎖定水平。在這些情況下，當AAT3681A輸入電壓下降時，該器件將進入睡眠狀態(tài)，一旦輸入電源從錯誤狀態(tài)下恢復過來，它再自動恢復充電。

　　散熱考慮

　　AAT3681A采用SC70JW-8封裝，它能夠散發(fā)高達687mW的功率，當它被正確地安裝在PCB板上時，并具有最大160℃/W的熱阻。在設計PCB和安排該充電器IC與某一特定應用設計中的其它散熱器件的位置時，有許多因素應當加以考慮。

　　該充電器IC的環(huán)境溫度也將對電池充電應用的熱限制有影響。在某一特定環(huán)境條件下，可以期望的最大限制可通過以下討論估計出來。

　　首先，某一特定環(huán)境下的最大功耗可通過下式計算出來：

　　其中：

　　PD(MAX) = 最大功耗(W)

　　θJA = 封裝熱阻(℃/W)

　　TJ(MAX) = 最大器件結(jié)溫(℃) [135℃]

　　TA = 環(huán)境溫度(℃)

　　其次，功耗可通過下式計算出來：

　　其中：

　　PD = 器件的總功耗

　　VIN = 輸入電壓

　　VBAT = BAT引腳上的電池電壓

　　ICH = 針對某應用編程的恒定充電電流

　　IOP = 在正常工作狀態(tài)下充電器IC消耗的靜態(tài)電流[0.5mA]

　　通過替代，我們可以推導出在到達熱限制條件(熱循環(huán))前的最大充電電流。該最大充電電流是設計電池充電器應用時的關(guān)鍵因素。

　　總之，最壞的情況是充電器IC上的最大電壓降，此時，電池電壓被充電到預充電壓閾值。

　　保護電路；過壓保護

　　一個過壓事件的定義為：BAT引腳上的電壓超過最大電池充電電壓，并被設定在過壓保護閾值。如果一個過壓事件發(fā)生，AAT3681A充電控制電路將關(guān)斷該器件，直到BAT引腳上的電壓掉到OVP電壓水平以下。AAT3681A在過壓狀態(tài)消除后，再恢復正常的充電操作。

　　保護電路；過熱關(guān)斷

　　AAT3681A有一個熱保護控制電路，一旦內(nèi)部裸片溫度超過預置的熱限制閾值，它就關(guān)斷充電功能。一旦內(nèi)部裸片溫度掉到熱限制以下，就自動恢復到以前的正常充電狀態(tài)。

　　充電電流的可編程性

　　用戶可借助一個放在ISET引腳與地之間的設置電阻編程設定恒流充電水平?？焖俪潆娋群皖A充涓流充電電流，由使用的設置電阻的容差決定。因此，推薦采用1%容差的金屬薄膜電阻。快速充電恒流電流范圍從15mA到300mA。

　　結(jié)論

　　AAT3681A可以即插即用方式提供電池充電器全部功能。它只需要一個外部元件就可以進行全部操作。該器件可提供極出的性價比。2mm×2.1mm的小占板面積可節(jié)省PCB空間。該器件適合各種不同應用，從藍牙耳機、MP3播放器到腕表。AAT3681A是AnalogicTech公司不同復雜度和類別產(chǎn)品大家庭的最新成員。