TP4201 五合一移动电源方案IC

TP4201A/TP4201B/TP4201C移动电源单芯片解决方案Ver1.6 1概述 TP4201X是一款专为移动电源设计的单芯片解决方案,内部集成了充电管理模块、放电管理模块、电量检测及LED指示模块.TP4201X内置充电和放电功率MOS，充电电流可以设定，最大充电电流和最大放电电流均为1.2A. TP4201X内部集成了恒温充电工作模式、过温保护、过充与过放保护、输出过压保护、输出重载保护、输出短路保护等几乎所有安全保护功能以保证芯片和锂离子电池的安全,同时TP4201X应用电路简单,只需很少元件便可实现充电管理与放电管理。 TP4201X中的X可以为A、B或C；TP4201A为3档电量指示，TP4201B为4档电量指示，TP4201C为5档电量指示。特点 内置充电、放电功率MOS，无需外加 输入电压: 4.3V~5.5V 充电电流: 最大1.2A 输出电流：最大1.2A 输出电压: 5V BAT放电终止电压:3.0V 可选3/4/5档电池电量指示以及充、放电状态指示 预设4.2V/4.35V充电电压，精度达±1% 集成充电管理与放电管理 智能温度控制与过温保护 集成输出过压保护、短路保护 集成过充与过放保护 支持涓流模式以及零电压充电 支持手电筒功能,最大输出100mA 最高达90%的放电效率 封装形式：ESOP16L(带散热片)应用 手机、平板电脑、GPS等的移动电源典型应用电路TP4201A/TP4201B/TP4201C应用说明恒温充电模式 TP4201X内部集成了温度反馈环路，充电时，如果芯片内部的温度升高到120℃，充电电流会随着芯片的温度升高而降低，从而减小系统功耗，降低温升，当温度升高到140℃时，充电电流减小为零，由于温度反馈控制， IC工作温度最终会稳定在120℃～140℃之间的某个值。该功能允许用户提高给定电路板功率处理能力的上限而没有损坏 IC的风险。在保证充电器将在最坏情况条件下自动减小电流的前提下，可根据典型（而不是最坏情况）环境温度来设定充电电流。 过温保护 在充电或者放电时，如果芯片温度升高到150℃，则芯片停止工作以保护芯片以及锂离子电池, 同时LED1～LED5会以4Hz的频率闪烁,等到温度降低到120℃后再自动恢复工作。 电池温度或环境温度检测 将TS管脚接电池的NTC传感器的输出端，则可以检测电池温度，TS引脚也可以接普通电阻和NTC电阻的分压端用于检测环境温度。如果TS管脚的电压小于输入电压的35％或者大于输入电压的 80％，意味着电池温度或环境温度超过正常范围，则充电或放电被终止，同时LED1～LED5会以4Hz的频率闪烁。如果不需要电池温度或环境温度检测功能，则必须将TS接 GND。这里1V是ISET引脚的输出电压，最大可设定充电电流为1A。 充电模式 如果充电之前锂离子电池电压低于2.9V，为了保护电池，TP4201X工作在涓流充电模式，此时充电电流为正常设定电流的1/10；当电池电压达到2.9V以后，TP4201X进入恒流充电模式，以设定的电流给电池充电；当电池电压达到4.2V后，TP4201X工作在恒压充电模式，此时输出 电压恒定，充电电流逐渐减小，当充电电流减小为正常设定电流的1/10时，充电过程结束，充电电流降为零，只有电池电压重新低于4.1V以后，才会进入再充模式。 电池低压保护 启动时，当BAT电压大于3.3V时,升压电路开始工作，工作过程中如果电池电压低于3.0V，则放电输出关闭，TP4201X进入低电流待机模式，待机电流为10uA左右。 负载检测与低功耗智能待机TP4201X提供两种负载检测方式，一种是插入负载时自动检测，另一种是通过SWT开关按键控制。如果需要插入负载自动检测功能则外部需加一个PMOS，如典型应TP4201A/TP4201B/TP4201C移动电源单芯片解决方案Ver1.6 6用中Q1所示，而且在输出短路时此PMOS可以切断BAT与输出之间的通路，保护锂电池安全。当负载拔掉、或输出电流小于50mA（Typical）、或按下按键但未检测到负载时，经过16S延时，电路关闭，IC进入低电流待机模式，待机电流减小到10uA以下。 放电指示 放电时，SD输出为低电平，如果在BAT与SD之间串联一个LED指示灯和限流电阻，则在整个放电过程中,LED为导通状态以指示放电状态。如果不需要放电指示，则不接LED指示灯和限流电阻。 手电照明输出 LIT端可以驱动LED灯用于手电筒照明,最大驱动电流为100mA ,SWT是手电照明使能端,如果长按S1键,手电筒打开，再次长按S1键手电筒输出关闭,按键时间可以由外部RC参数设定。 元件选择 1、输出电容（C3～C5）选择低ESR的贴片电容,输出1A时最好用两个或以上10uF贴片电容；使用中，若BAT输入电容（C6、C7）或输出电容（C3～C5）因损坏而短路，都将会使得锂电池和地短路，所以务必选择质量较好的电容。 2、Q1选择导通电阻小的PMOS,输出电流全部由Q1流出,若Q1因导通电阻较大,发热严重而烧毁, 这时若输出短路或重载等情况发生的话,TP4201X的保护功能将不会有效。3、电感L1的饱和电流需大于3A，否则因电感饱和会导致SW脚损坏，从而使得BAT和地短路。 4、二极管D1选择低压大电流的肖特基二极管，1A输出时至少使用SS34，最好选用SS54或SS52。 保护功能 TP4201X集成了过充保护、过放保护、充电温度补偿、过温保护、输出过压保护、输出重载保护、输出短路保护等多重保护机制以保证芯片和锂离子电池的安全。 由于芯片在运输等中间环节，以及焊接不当和静电等原因可能将芯片损坏，芯片损坏后所有保护功能也将失效，同时因为外部元件选择不当也有可能会导致锂电池输出短路，针对上述各种可能情况，应用时建议在锂电池与TP4201X之间额外添加锂电池保护芯片，对锂电池进行双重保护。 PCB设计参考 1、IC下面敷铜散热，散热面积尽量大且散热的地方留一些通孔增强散热； 2、AGND和PGND直接打到IC下面的散热敷铜上； 3、BAT电容靠近IC，C3/C4/C5的GND和IC的GND连接在一起，之后再回到输入电容C6/C7的GND，各GND走线要尽量粗，空余的地方全部走GND； 4、电容C6/C7到电感L1再到SW的路径走线要尽量短且线要粗； 5、电感L1，SS34与电容形成的环路走线要短，环面积要小。 6、大电流通路，如BAT、L1到SW，以及BAT、L1、D1、Q1到输出USB的通路尽量不要过过孔。工作状态与电量指示 LED1～LED5为PMOS漏极输出充电状态与电量指示引脚，须串联LED与限流电阻到GND；不同状况时LED状态如下： ①充电时LED1～LED5一直工作以指示充电状态，达到电量的LED常量，当前电量的LED以1Hz频率闪烁； ②待机状态下，若按下按键S1或接入负载，显示电量4S后关闭； ③放电时，若按下按键，显示电量4S后关闭； ④放电时，若电池电压低于3.2V，LED1会一直以1HZ的频率闪烁提示电量低，直到电池电压低于3V，关闭电路，进入低功耗低压保护模式，需要重新充电至3.3V以上才可以再次放电； ⑤IC温度超过150℃或TS脚检测到电池温度/环境温度超过正常范围，LED1～LED5以4Hz频率闪烁报警，同时关闭输出。