引脚功能 间,并应通过至少一个1μF電容器进行旁 路当Vcc降至BAT引胨电压的30mV以 CIRG〔引脚1):漏极丌路充电状态输出。内,PL4054进入停札模式,从而使 在电池的充电过程中,由一个内部N沟道1N降至2uA以丅 MOSFET将CHRG引脚拉至低电平当充PROG(引脚5):充电电流设定、充电电流 电循环结束时,一个约20A的弱下拉电流监控和停机引脚。在该引脚与地之间连接 源被迕接至CHRG引脚,指示一个“AC存 在”状态当PL4054检测到一个欠压闭锁 个精度为1%的电阻器 PROG可以设定充电 条件时,CHRG引脚被强制为高阻抗状态。 电流当在恒定电流模式下进行充电时,引 GND(引脚2):地 脚的电压被维持在1V。 流输出该引脚向电PROG引脚还可用来关断充电器。将设定电 池提供充电电流并将最終浮充电压调节至阻器与地断按,内部一个25μA电流将 4.2V该引脚的一个精准内部电阻分压器设 PROG引脚拉至高电平。当该引脚的电压达 定浮充电压,茬停机模式中,该内部电阻分到270V的停机门限电压时,充电器进入停 压器断开 机模式,充电停止目输入电源电流降至 PL4054 工作原理 例二:当需要设置充电電流为 I=0.1A时 采用公式计算得 PL4054是一款采用恒定电流/定电压算 法的单节锂离子电池充电器它能够提供Rg0 10000(9) BAT 0.1 800mA的充电电流(借助个热设计良好的 PCB布局)和一個内部P沟道功率 MOSFET即RpRG-10k9 和热调节电路。无需隔离极管或外部电流检充电终止 测电阻器;因此,基木充电器电路仅需要两个 外部元件不仅如此,PL4054还能夠从一个 当充电电流在达到最终浮充电压之后降 USB电源获得⊥作电源。 至设定值的1/10时,充电循环被终止该条 件是通过采用一个内部滤波比较器对PROG 正常充电循环 引脚进行监控来检测的。当PROG引郾电压 当ⅴcc引脚电压升至ULo门限电平以降至100m以下的时间超过tm(一般为 上且在PROG引脚与地之间连接叻一个精度1.8ms)时,充电被终止充电电流被锁断, 为1%的改定电阻器或当一个电池与充电器输TP4054进入待机模式,此时输入电源电流降 出端相连时,一个充電循环开始。如果BAT至45A(注:C/10终止在涓流充电和热限 引脚电平低于29V,则充电器进入涓流充电制模式中失效) 模式。在该模式中,PL4054提供约1/0的设 充电时,BAT引腳上的瞬变负载会使 定充电电流,以便将电流电压提升至一个安全PROG引脚电压在DC充电电流降至设定值的 的电平,从而实现满电流充电 1/10之间短暂哋降至100mV以卜。终止比较 当BAT引脚电压升至29V以上时,充电 器进入恒定电流模式,此时向电池提供恒定的质的瞬变负载不会导致充电循环过早终止 充电电流。当BAT引脚电压达到最终浮充电 日平均充电电流降至设定值的1/10以下 压(4.2V)时,P4054进入恒定电压模式 且充电电流廾始减小当充电电流降至设萣值PL4054即终止充电循环并停止通过BT引脚 的1/10,充电循环结束。 提供任何电流在这种状态下,BAT引脚上 的所有负载都必须由电池来供电。 充电电流的設定 在待机模式中,PL4054对BAT引脚电压 充电电沇是采用个连接在PROG引脚与地进行连续监控如果该引脚电压降到4.05V的 之间的电阻器来设定的。设定电阻器和充电电再充电电门限(vgc)以下,则另一个充电 流采用下列公式来计算: 循环开始并再次向电池供应电流当在待机模 根据需要的充电电流来确萣电阻器阻值, 式中进行充电循环的手动再启动时,必须取消 1000 然后再施加输入电压,或者必须关断充电器并 例一:当需要设置充电电流为IBAT=04A时,强下拉狀态表示PL4054处」一个充电循坏 采用公式一计算得: 中。一旦充电循环被终止,则引脚状态由欠压 1000 4 闭锁条件米决定弱下拉状态表示Vcc满足 R PROC ×1.2--×04=.4 UVLO条件苴PL4054处于充电就绪状态。高 阻抗状态表示PL4054处于欠压闭锁模式:要 即 S VI BAT CHG=高阻抗 如果芯片温度试图升至约100℃的预设 VBAT <2.9V 值以上,则·个内部热反馈环路将减小设定的 预充黄 充电电流,直到140℃以上停止充电该功能 可防止PL4054过热,并允许用户提高给定电 充电电流=1/10Ir CHG=强下拉 路板功率处理能力的上限而没有損坏PL4054 vB>2只 的风险。在保证充电器将在最坏情况条件下自 包流夼电模式 VBAT>2. 9V 动减小电流的前提下,可根据典型(而不是最 坏情況)环境温度来设定充电电鋶有关 充电电流=IAr CHRG一强下拉 VBAT<4.05V Thin SOT功率方面的考虑将在“应用信息”部 VBAT=4. 2V 分做进一步讨论。 恒压充电模式 欠压闭锁 充电电压=4.2V 个内部欠压闭锁电路对輸入电压进行 CHRG=强下拉 监控,并在Ⅴcc升至欠压闭锁门限以上之前使 充电电流<110IEr 充电器保持在停机模式UⅥLO电路将使充电 充束 器保持在停机模式。洳果UVLO比较器发生 跳变,则在Vc升至比电池电压高100nV之 无充电电流 CHRG一弱下拉(20uA恒流 前充电器将不会退出停机模式 手动停机 图1:一个典型充电循环的状態图 在充电循环中的任何时刻都能通过去掉稳定性的考虑 RoG(从而使PROG引脚浮置)来把PL4054 只要电池与充电器的输出端相连,恒定电 置于停机模式。这使嘚电池漏电流降至2μA压模式反馈环路就能够在木采用个外部电 以下,且电源电流降至50μA以下重新连容器的情况下保持稳定。在没有接电池時,为 接设定电阻器可启动一个新的充电循环 了诚小纹波电压,建议采用一个输出电容器 在手动停机模式中,只要ⅴc高到足以超当用大数值的低ESR陶瓷电容器时,建议 过UⅥO条什,CHRG引脚都将处于弱下拉增加一个与电容器串联的19电阻器。如果使 状态如果PL4054处」欠压闭锁模式,则用的是钽电容,則不需要串联电阻器。 CHRG引脚呈高阻抗状态:要么Vcc高出BAT 在恒定电流模式中,位于反馈环路中的是 引脚电压的幅度不足100V,要么施加在Ⅴ C PROG引脚,而不是电池恒定电流模式的稳 引脚上的电压不足。 定性受PROG引脚阻抗的影响当PROG引 自动再启动 脚却上没有附加电容会减小设定电阻器的最人 容许阻徝。PROG引脚上的极点频率应保持在 且充电循环被终止,PL05立即采用Cpo,则可采用下式来计算Rpa的最大电 个具有1.8ms滤波时间( t)的比阻值 较器来对BAT引脚上的电压進行连续监控当 电池电压降至4.05V(大致对应于电池容量的 80%至90%)以下时,充电循环重新开始 RpRG-2z·103 PROG 这确保了电池被维持在(或接近)·个满充电 对用户来说,怹们史感兴趣的可能是充电 状态,)兔除了进行周期性充电循环启动的需电流,而不是瞬态电流。例如,如果一个运行 要在再充电循环过程中,CHRG引腳输出在低电流模式的廾关电源与电池并联,则从 PuLan 结温达到120℃左右时自动降低功耗。 热考虑 图2:隔离PROG引脚上的容性负载 由」SOT23-5封装的外形尺寸很尛,因 和滤波电路 此,需要采用一个热设计精良的FC板布局以 最大幅度地增加可使用的充电电流,这一点非 功率损耗 常亘要用于耗散IC所产生的热量的散热通 PL4054因热反馈的缘故而减小充电电流路从芯片至引线框架,并通过峰值后引线(特 的条件可通过IC中的功率损耗来估算。这种别是接地引線)到达PC板铜面PC板铜面 功率损耗几乎全部都是由内部 MOSFET产生为散热器。引脚相连的铜箔面积应尽可能地宽 的一一这可由下式近似求出: 阔,并向外延伸至较大的铜面积,以便将热量 BAT BAT 散播到周围环境中全内部或背部铜电路层的 式中的P为耗散的功率,Ⅴcc为输入电源电通孔在改善充电器的總体热性能方面也是颇 压,VvB为电池电压,Ixr为充电电流。当热有用处的当进行PC板布局设计吋,电路板 反馈丌始对IC提供保护时,环境温度近似为:上与充电器无关的其他热源也是必须予以考 T4=120°C-PD61 虑的,因为它们将对总体温升和最大充电电流 T4=120°C-(c-VBr)·lBr·n 有所影响。 实例:通过编程使一个从5VUSB电源获得工 丅表罗列了几种不同电路板尺寸和铜面 作电源的P4054向个具有375V电压的放积条件下的热阻所有的测量结果都是在静止 电锂离子电池提供400mA满幅度電流。假设空气中的3/32FR4电路板上(器件安装于其 01为150℃/W(请参见电路板布局的考虑) 顶面)获得的 当PI4054开始减小充电电流时,环境温度近表1:实测热阻(双层電路板) 似为: 铜而积 顶而 底面 电路板而积结点至环境热阻 用,但充电电流将被降至400mA以下。对于 mn1500w 每层采用1盎司铜 个给定的环境温度,充电电流可有丅式近似 求出 表2:实测热阻(四层电路板 铜而积(每而)电路板面积结点至环境热阻 120°C-7A BAT 2500mm 2500mm 80°cW Baz 林顶层和底层采用2盎司铜箔·内层采用1盎司铜箔 总铜国积為1000mmr2 减少IC中的功耗在热调节期间,这具有增中,如果Vc变得足够低而使PI4054处于低 加输送至电池的电流的作用。对策之是通过压降状态,则它实际上有鈳能延长充电时间 个外部元件(例如一个电阻器或二极管)将图4小出了该电路是如何随着Rcc的变大而导 部分功率耗散掉。 致电压下降的 实例:通过编程使一个从5V交流适配器 当为了保持较小的元件尺寸并避免发生 获得工作电源的PL4054向一个具有375V电压降而使Rcc值最小化时,该技术能起到最佳 壓的放电锂离子电池提供800mA的满幅充电的作用。请牢记选择个具有足够功率处理能 电流假设61为125℃NW,则在25℃的坏境力的电阻器。 温度条件下,充電电流近似为 1000 Vs = 5V CONSTANT 120°C-25°C =608mA CURRENT BAT 800 1.25kg .01.251.51.75 R Rcc(Q2) 图4:充电电流与RCC的关系曲线 Voc BAT Vc旁路电容器 1uPL4054 PROG Lilon 输入旁路可以使用多种类型的电容器然 GND CELL 而,在采用多层陶瓷电容器时必须谨慎。由於 有些类型的陶瓷电容器具有自谐振和高Q值 的特点,因此,在某些启动条件下(比如将充 电器输入与一个工作中的电源相连)有可能 图3:一种能尽量增大热调节 生高的电压瞬态信号增加一个与ⅹ5R陶瓷电 模式充节电流的电路 容器串联的1.59电阻器将最大限度地减小 启动电压瞬态信号。 利用②次方程可求出Ia2 充电电流软启动 4Rc(120C-T PL4054包括一个用于在充电循环开始时 最大限度地减小涌入电流的软启动电路 BAT 2R CHRG状态输出引脚 CHRG引脚能够提供一个输叺电压高于 欠压闭锁门限电平的指示一个约20A的照反向极性输入电压保护 下拉电流表示Ⅴcc引脚上施加了开始充电循 在有些应用中,需要在Vcc上進行反向极 坏所需的足够电压。当一个放电电池被连接到性电庄保护如果电源电压足够高,则可采用 充电器时,充电循环的恒定电流部分开始, 个串联隔离二极管。在其他必须保持低降压 CHRG引脚电平被拉全地CHRG引脚能够的场合,可以采用一个P沟道 MOSFET(如 吸收高达10mA的电流,以驱动一个用于指礻图6所示)。 充电循环正在进行之中的LED DRAIN-BULK DIODE OF FET 当电池接近充满时,充电器进入充电循 环的恒定电压部分,充电电流开始下降。当充 v Ver PL4054 电电流降至不足设萣电流的1/10时,充电循 环结束且强下拉被一个20μA下拉所取代,表 示充电循环已经结束如果输入电压被拿掉或 图6:低损耗输入反向极性保护 降至欠壓闭锁门限以下,则CHRG引脚变成 高阻抗。利用两个不同阻值的上拉电阻器, USB和交流适配器电源 个微处理器能够从该引脚检测出所有三种状 PL4054允许从┅个交流這配器或一个 态,如图5所示 USB端口进行充电。图7示出了如何将父流 适配器与USB电源输入加以组合的一个实 例一个P沟道 MOSFET(MP1)被用于防 Vcc 800k 止交鋶适配器接入吋信号反向传入USB端 PL4054 2k/uPROCESSOR 口,而一个肖特基二极管(D1)则被用于防 CHRG WOUT 止USB功率在经过1K下拉电阻器时户生损 N 耗 图5:.用一个微处理器来确定CHRG引脚状 般來说,交流适配器能够提供比电流限 值为500mA的USB端∏大得多的电流。因此 态 当交流适配器接入时,可采用一个N沟道 为了在PL4054处于充电模式时进行检 MOSFET(MNI)和┅个附加的10K设定电 测,将数字输出引脚(OUT)强制为高电平并阻器来把充电电流增加至600mA 测量CHRG引脚上的电压即使在采用2k 上拉电阻器的情况下,N沟道 MOSFET也將 5V WALI 粪 DAPTER 阻抗状态。弱电流源将通过一个800K电阻器 将IN引脚引脚拉至低电平;如果CHRG引脚 为高阻抗,则IN引脚将被拉至高电平,表示 图7:交流适配器与USB电源的组匼 器件处于一个UVO状态 PuLan Technology