锂离子电池充电管理芯片应用

基本概述

TP4054 是一个完善的单片锂离子电池恒流/恒压线性电源管理芯片。

更值得一提的是，TP4054 专门设计适用于 USB 的供电规格。得益于内部的 MOSFET 结构，在应用上不需要外部电阻和阻塞二极管。在高能量运行和高外围温度时，热反馈可以控制充电电流以降低芯片温度。

充电电压被限定在 4.2V，充电电流通过外部电阻调节。在达到目标充电电压后，当充电电流降低到设定值的 1/10 时，TP4054 就会自动结束充电过程。TP4054 还可被设置于停止工作状态，使电源供电电流降到25μA。

TP4054 芯片具有 CC/CV 模式，可以更好地对锂离子电池进行充电管理和保护，同时能够起到很好的充电与放电保护功能。

TP4054 确保电池接反时芯片自动进入保护状态，确保 IC 不被击穿导致电池自放电引起事故。 其余特性包括：充电电流监测，输入低电压闭锁，自动重新充电和充电已满及开始充电的标志。

引脚功能

CHRG（引脚 1）：漏极开路充电状态输出。当充电时，CHRG 端口被一个内置的 N 沟道 MOSFET 置于低电位。当充电完成时，CHRG 呈现高阻态。当 TP4054 检测到低电锁定条件时，CHRG 呈现高阻态。当在 BAT 引脚和地之间接一 1μF 的电容，就可以完成电池是否接好的指示，当没有电池时，LED 灯会快速闪烁。

GND（引脚 2）：接地端。

BAT（引脚 3）：充电电流输出端。给电池提供充电电流并控制浮动电压最终达到 4.2V。电池接反时，内部保护电路保护 VBAT 的 ESD 二极管不被烧坏，同时 GND 与 BAT 之间形成大约 0.7mA 电流。

VCC（引脚 4）：提供正电压输入。为充电器供电。VCC 可以为 4.25V 到 6.5V 并且必须有至少 1μF 的旁路电容。如果BAT 引脚端电压与 VCC 的压差降到 30mV 以内时，TP4054 进入停工状态，并使 BAT 电流降到 2μA 以下。

PROG（引脚 5）：充电电流编程，充电电流监控和关闭端。充电电流由一个精度为 1%的接到地的电阻控制 PROG 脚。在恒定充电电流状态时，此端口提供 1V 的电压。

在所有状态下，此端口电压都可以用下面的公式测算充电电流：IBAT =(VPROG/RPROG)×1000。 PROG 端口也可用来关闭充电器。把编程电阻同地端分离可以通过上拉的 2μA 电流源拉高 PROG 端口电压。当达到 1.21V 的极限停工电压值时，充当器进入停止工作状态，充电结束，输入电流降至 25μA。此端口夹断电压大约 2.4V。给此端口提供超过夹断电压的电压，将获得 1.5 mA 的高电流。再使 PROG 和地端结合将使充电器回到正常状态。

工作原理

TP4054 是一款采用恒定电流/恒定电压算法的单节锂离子电池充电器。它能够提供最大 500mA 左右的充电电流（借助一个热设计良好的 PCB 布局）和一个内部 P 沟道功率 MOSFET 和热调节电路。无需隔离二极管或外部电流检测电阻器。

RPROG 与充电电流的关系确定可残空下表：

充电状态指示器（CHRG）

TP4054 有一个漏极开路状态指示输出端“CHRG”。当充电器处于充电状态时，CHRG 被拉到低电平，在其它状态，CHRG 处于高阻态。当电池没有接到充电器时，CHRG 输出脉冲信号表示没有安装电池。当电池连接端 BAT 管脚的外接电容为 10uF 时 CHRG 闪烁周期约 0.5-2 秒。当不用状态指示功能时，将不用的状态指示输出端接到地。

结构框图

封装结构

注意事项

TP4054 测试中，芯片 BAT 端（3 号脚）应直接连接电池正极，不可串联电流表，电流表可接在芯片 Vcc 端。

为保证各种情况下可靠使用，防止尖峰和毛刺电压引起的芯片损坏，建议 TP4054 应用中 VIN 端和 BAT 端分别接 1uF 和 10uF 的电解电容，如可能还可各再接一个 0.1u 的陶瓷电容。所有电容位置以靠近芯片引脚为优， 不宜过远。

采用 SOT23 封装，大电流应用中（350mA 以上）散热效果不佳可能引起充电电流受温度保护而减小。客户可以不接耗散电阻，若电流不能满足要求，请根据实际电源电压设计热耗散电阻，芯片 Vcc 端输入电压在 4.6V 为最佳，可得到较大充电电流，一般热耗散电阻为 0.5 至 1 欧姆。良好的 PCB 板布局可以有效减小客户在大电流充电应用中温度对电流的影响。