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屏幕越來越大，以及不斷增強的多媒體視屏功能，市面上鋰離子/聚合物電池的容量也做得越來越大。與此同時，消費者對縮短大容量電池的充電時間提出了期望。為了能更快速有效地對這些大容量電池進(jìn)行充電，以滿足消費者不斷增長的需求，無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)用時不需要外部另加阻流二極管。熱反饋電路可以自動調(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一個外部電阻設(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，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，AP5056自動進(jìn)入低功耗的睡眠模式，此時電池的電流消耗小于2微安。其它功能包括輸入電壓過低鎖存、芯片使能輸入、自動再充電、電池溫度監(jiān)控以及狀態(tài)指示等功能。

　　充電過程：AP5056在整個電池充電過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，AP5056開始對電池充電。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，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，充電器就漸漸轉(zhuǎn)為恒壓充電。此時原先的恒流充電電流也慢慢減小，并隨著電池容量越來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)入低功耗的待機模式。 在待機模式下，AP5056會繼續(xù)檢測電池端的電壓，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電阻來確定，計算公式如下：

　　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，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熱敏電阻值來確定。設(shè)熱敏電阻在最低工作溫度時的電阻為RTL，在最高工作溫度時的電阻為RTH(RTL與RTH的數(shù)據(jù)可查電池廠方數(shù)據(jù)或做實驗得到)，則R1，R2的阻值分別為：

　　圖4：AP5056應(yīng)用電路。

　　如果用戶只關(guān)心高溫保護(hù)，而不用關(guān)心低溫保護(hù)，則可將R2去掉，只保留R1，這時R1的計算公式變?yōu)椋?BR>

　　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，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MOS-P導(dǎo)通至VCC，同時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直流適配器的時候，適配器電流通過肖特基二極管加至VCC腳，MOS-P由于門極為高電平而被截止，不會對USB口產(chǎn)生影響。同時MOS-N由于門極為高電平而導(dǎo)通，此時PROG腳上的編程電阻相當(dāng)于1K(2個2K電阻并聯(lián))，即設(shè)定充電電流為1A，來對鋰離子電池進(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)計了集成于芯片內(nèi)部的過熱保護(hù)功能。當(dāng)內(nèi)部溫度傳感器升至約125℃以上時，內(nèi)部的熱保護(hù)電路將自動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需擔(dān)心芯片被損壞。

　　充電狀態(tài)指示

　　AP5056有CHRG和STDBY兩個狀態(tài)輸出指示。當(dāng)充電器處于充電狀態(tài)時，CHRG置低電平，STDBY輸出高阻態(tài)；當(dāng)電池處于充滿狀態(tài)時，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

　　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產(chǎn)生的熱量通過散熱片發(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，利用多個通孔將上層銅箔與下層銅箔連接起來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，實驗中，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，連續(xù)工作15分鐘，IC表面溫度為50℃。