TP5100中文数据手册

1、南京拓品微电子有限公司TP51OOa戍rAStC南京拓晶徽电&韦限公司NanJing Top Power ASIC Corp>数据手册DATASHEETTP51002A开关降压8. 4V/4. 2V锂电池充电器芯片南京拓品微电子有限公司TP5100a戍r ASIC概述TP5100足款开关降压型双节8. dV/单节4. 2V锂电池充电管理芯片JCQFN16超小樂対装 与简单的外用电路，使得TP5100 IK常适用于便携式设备的大电流充电管理应用。同时,TP5100 内置输入过流、欠压保护、芯片过温保护、短路保护、电池温度监控、电池反接保护。TP5100AYJ-5V-18V宽输入电压

2、，对电池充电分为涓流预充、恒流、恒压三个阶段，涓流 预充电电流、恒流充电电流都通过外部电阻调整，最人充电电流达2AoTP5100采用频率100kHz 的开关匸作模式使它可以使用絞小的外围器件，并在大电流充电中仍保持较小的发热量。 TP51OO内置功率PMOSFET、防倒灌电路，所以无需防倒灌肖特基二极管等外由保护。特性双/单节8. 4V/4. 2V锂电池充电内置功率MOSFET,开关型匸作模式， 器件发热少，外围简单可编程充电电流，0. 1A2A可编程预充电电流,10%-100%无碍外接防倒灌肖特妹:极管宽工作电压，瑕人达到18V红绿LED充电状态指示芯片温度保护，过流保护，欠压保护电池温度保

3、护、电池反接停机、短路保护开关频率400KHz,可用电感4. 7uH-22uH PWR_ON-电源、电池供电切换控制小于1%的充电电斥控制精度涓流、怛流、恒压三段充电，保护电池采用QFN16超小型封装绝对最大额定值静态输入电源电压（VIN）： 20V BAT： -8. 4V2OV BAT短路持续时间:连续最人结温：120°C 丁作坏境温度范閘：TOC85°C贮存温度范閘：-65C125'C引脚温度（焊接时间10秒）：260-C应用便携式设备、各种充电器智能手机、PDA、移动蜂炭电话 MP4、MP5播放器、平板电脑航模电动工具对讲机南京拓品微电子有限公司TP5100南

4、京拓品微电子有限公司TP5100典型应用南京拓品微电子有限公司TP5100南京拓品微电子有限公司TP5100图2 TP5100为8. 4V双节锂离子电池1.5A充电（150NA预充）应用示意图南京拓品微电子有限公司TP5100庭rASICVIN=5-12V141012O.luFVINCSLX -PUR_ON-VS JTP5100CHRCBATSTDEYnVREGLIRTRICKGNDTS2 3VWRTS4.2V Li图1 TP5100为4.2V单节锂离子电池15A充电（150MA预充）应用示意图封装/订购信息DMHICJNIAsoAqaIHs订单型号TP5100-QFN16VINVINhe h

5、s id 13r-n r-1 r-n r-n|5| 161 |7| 181RTRICK TS VREG BAT器件标记TP5100实物图片VIN16引脚4mm*4mmQFNl6封装顶视图（散热片接地）3南京拓品微电子有限公司TP51008成r ASICTP5100功能方框o1LXVII 口vnoPOVSUSP EID/FJLULTvregOBJLT ""2. IVTS D4 5HREG1OVREGGIDHose |inV2IGPKIL1BVREGTP5100 HShut downTS disableCONTROL LOGICshudMi2OOK:vsBATPVR_OK-ST

6、DBTOttGCST Vref360K40EORTMCK图3TP51OO功能框图5南京拓品微电子有限公司TP5100电特性表1 TP5100电特性能参数凡注表示该指标适合8.4V、4.2V模式,否则仅指8.4V, K=25V, VIN=12V,除特别注明。符号妙数条件最小值典型值最大值单位VIN输入电源电压4.51218V【CC输入电源电流无电池模式，Rs=0 1Q 待机模式（充电终止） 停机模式（CS=GND, J<Vbat，或Vtt<Vuv）150120120120180140140140M AM AM AVflOal充电截止电压4.2V锂离子电池4 1584 24 242V8

7、 4V俚离子电池S 316848 484VIbatBAT引脚电流： （电流模式测试条件是 CS=VREG、电池=7 5V）Rs=0Q,恒流模式Rs=0 067Q ,恒流模式 待机模式，VhS 4VVIN=0V , VbaH 4V950 14500010001500-1-11100 1600 -1 -1mA mA uA uAIlRIKL涓流预充电电流RTRICK引脚接地1 餌2叭 < Vl，Rs=0 06780100120mAF嫌荡频率350400500KHzDux最大占空比100%Din最小占空比0%Vtrkl涓流充电门限电压（84V）涓流充电门限电压（4.2V）Rs=0 067Q ,

8、Vbat上升5.62.S5.82.96 03 0VVrhys涓流充电迟滞电压Rs=0.067Q6080100mVVuvVm欠压闭锁门限从Vm低至高3 53 638VVuvHYSVw欠压闭锁迟滞150200300mVVaqVxn-Vbat闭锁门臥电压Vm从低到高Vm从崗到低6051003014050mVmVI TERMC/10终止电流门限Rs=0 067Q80100120mAVCHRGCHRG引脚输出低电压IcHRG _5mA0 30 6VvSTDBYSTDBY引脚输出低电平STOBY =5111A0.30 6VVtcmp.hTEMP引脚高端关机电压>8082%*VREGV TEMP-LT

9、EMP引脚低端关机电压43<45%拿 VREG Vrechrg再充电电池门限电压VfiOAT-VrechrgSO150200mVTlim芯片保护温度110rRon功率FET “导通”电阳170mQt«软启动时间1bat=0 至Ibat=0.1V/Rs20uSt RECHARGE再充电比较器滤波时间Vbat禹至低0 8184mStlERM终止比较器滤波时间Ibat降至C/10以下0 8184mS7南京拓品微电子有限公司TP5100庭rASIC典型性能指标（CS设置为8.4V锂电池充电模式）8413981 1 Ta -25-C 10888 4308Vcc(V)370 -50截止电压

10、与电源电压关系100%Ta<Rs L-l25弋0.1OuH90X80N60N50X4 ONVcc(V)效率与电源电压关系VCC-12V Rs-0.1N8 4201500750TEmRATUREfC)截止电压与环境温度关系S3-,Vcc«'2VRs-C)062 0 6 6 7.2 7 8 8.4 9 0Vrat(V)充电电流与电池电压关系9南京拓品微电子有限公司TP5100引脚功能VIN （引脚1、4、5、16）：输入电压正输入 端，此管脚的电压为内部电路的工作电源， VIN的变化范围在5V至18VZ间，并通过“ 个10uF和0 luF的电容进行旁路。'&

11、VIN和 Vbat斥差低30mv时，TP51OO进入停机模 式,从而使Ibat降至1M AoLX （引脚2、3）：内置PM0EET功率管漏极 连接点。LX为TP5100的电流输出端与外部 电感柑连作为电池允电电流的输入端。PWR_ON-（?|脚6）：电源切换控制引脚.当芯片接电源时，PWR_ON-被内部丿I-关拉 到低电平，驱动PMOS导通，当芯片不接电 源时，PWR_ON被内部幵关拉到高电平为 BAT端电池电丿k,骡动PMOS关断。此引 脚可以用电源供电切换,也可用作检测电 源上电建立是否正常。GND （引脚7）：电源地。VS （引脚8）：输出电流检测的正极输入端, BAT （引脚9）：电池

12、电压检测端将电池 的正端连接到此管脚。VREG （引脚10）：内部电源 VREG是一个 内部电源，它外接一个0. luF旁路电容到地, 可以域人驱动5mA。TS （引脚11）：电池温度检测输入端。将 TS管脚接到电池的NTC （负温度系数热敏 电阴）传感器的输出端。如果TS管脚的电 压小J* VREG的45%或者人J* VREG电压 的8% 意味着电池温度过低或过高，则充 电被粋停。如果TS直接接GND,电池温度 检测功能取消，其他充电功能疋常。RTRICK （引脚12）：涓流预充电流设置端 将RTRICK引脚接地则预充电电流为 设置恒流，通过外接电阻nJ以设置预允电电 流。如果RTRICK悬

13、空则预充电电流等J-W 流电流。CS （引脚13）：锂离子状态片选输入端。CS 端高输入电平（VREG）将使TP5100处F 鏗离子电池充电8.4V关断电丿E状态。CS端 悬空使TP5100处锂离子电池4.2V关断电 压状态。低输入电平使TP5100处丁停机状 态。CS端町以被TTL或者CMOS电 '卜驱动 控制，STDBY （引脚14）：绿灯电池充电完成指 示端。半电池充电完成时STDBY被内部斤 关拉到低电平，表示充电完成。除此Z外， STDBY管脚将处于高阻态。CHRG （引脚15）：红灯充电中状态指示 端.当充电器向电池充电时,CHRG管脚 被内部开关拉到低电平，表示充电正在进

14、 行：否则CHRG管脚处于高阻态。#a成南京拓品微电子有限公司TP5100r ASIC工作原理11a成南京拓品微电子有限公司TP5100r ASICTP5100是专门为双节82/单节4 2V锂 离子电池而设计的开关型人电流充电器芯 片，利用芯片内部的功率品体管对电池进行 涓流、恒流和恒压充电。充电电流可以用外 部电阻编程役定，最人持续充电电流可达 2A,不需要另加防倒淋二极管。TP5100包 含两个漏极开路输出的状态指示输出端，充 电状态指爪端CHRG和电池充满状态指示 输出端STDBY。芯片内部的功率管理电路 在芯片的结温超过145°C时门动降低充电电 流，这个功能可以使用户最人限

15、度的利用芯 片的功率处理能力，不用押心芯片过热而损 坏芯片或者外部元器件。当输入电压人丁芯片启动阈值电压和 芯片使能输入端接高电平（VREG）或者悬空 时，TP5100#始对电池充电，CHRG管脚 输出低电平,表示充电正在进行。如果双节 锂离了电池电压低J* 5.8V（单卩锂电子池电 压低P2 9V）,充电器用小电流对电池进行 涓流预充电（预充电电流通过外接电阻町 调）。恒流充电电流由VS管脚和VBAT管 脚之间的电阻确定。当双节理离子电池电斥 接近8.4V （单iJ锂离子电池接近4.2V）时, 距离充电哉止电压约50mV （根据不同的电 路连接电阴与电池内阻电压不同），充电电 流逐渐减小，T

16、P5100进入恒斥充电模式。当 允电电流减小到截止电流时，充电周期结 束，CHRG端输出高阻态,STDBY端输 出低电位。当电池电压降到再充电阈值（双节锂离 子电池8.1V/单节锂离子电池4 05V）时,自 动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的 电压族准源，谋差放人器和电阻分压网络确 保电池端哉止电压的楕度在+1%以内，满足 了钾离子电池的充电要求。当输入电斥掉电 或输入电斥低电池电斥时，充电器进入低 功耗的停机模式，无船外接防倒灌二极管, 电池从芯片的漏电接近luAo 充电截止电压选择TP 5100具有双节7单节锂电池两种充电 栽止电压的选择。半CS端连接高电位 VREG时，为8. 4V双

17、节锂离子电池允电标 准，截止电斥8.4V。肖CS端悬空，为单节 锂离子电池电池充电标准，截止电压4. 2V。 当将CS端接低电平GND时，充电器停止 充电TP5100的CS端的复合设计，可以通过 外部控制决定TP5100处J：充电模式与停机 模式的切换。当CS端悬空，表示TP5100为单廿锂离 子电池充电。8. 4V双节锂离子电池充电状态与停机 模式的切换。如图4所示，通过一个开漏输 出端I I与CS端连接,如果NMOS管栅极输入 低电平,N1截止,此时CS端接高电平,则 充电截止电压为84V, TP5100为双节锂离 子电池允电。当NMOS管栅极输入高电半， N1导通，此时CS端被F拉到GN

18、D, TP5100 为停机模式。VREG引脚町以输出5mA驱动电 流，上拉电阻可选lk-100ko图4受外部控制的84V锂离子电池允电状 态与停机状态的切换充电电流设置电池充电的电流Ibat ,由外部电流检测 电阳Rs确定，Rs可由该电阻两端的调整阈值 电压Vs和恒流充电电流的比值来确定,恒流 状态卜Rs两端的电压为lOOmVo设定电阻器和充电电流采用卜列公式来计 算：图6 TRICK端内部电路图从上图6中可以看出,如果RmicK端【I 育接接地，电阻分压得到的电压比例即为预 充电涓流与恒流允电电流的比例。那么预充 电电流为怛流充电电流的1/10。此引脚仅更 改涓流电流，关断电流不受此影响，仍

19、为 1必恒流电流。设定电阻器和预允电电流采用卜列公 式来计算：#a成南京拓品微电子有限公司TP5100r ASIC0.1V【BAT（电流单位A,电阻单位Q）_ 400 kLjjyg - 40 kIBATZrick _ i “AT _ 1 TRICK#a成南京拓品微电子有限公司TP5100r ASIC举例：石要设置充电电流1A,帶入公式计算得Rs=0 1QU 2给出了一比设说不同电流对应的Rs电 阻，方便快速设计所需电路。i< 2： Rs及H对应的恒流允电电流Rs (Q)Ibat (mA)11000 25000.110000 06715000 052000涓流预充电流设置如果电池电压低于预

20、充电门限电压,TP5100将启动-个预充电过程对电池充 电，TP5100的预充电电流町以通过TRICK 端II设置。预充电电流是采用一个连接在 TRICK管脚与地之间的电阻器来设定的。 为了方便客戸快速设计，表3给出了 Reck 及其设定的预充电涓流电流与恒流电流Ibat 的关系。表3： Rttuck及托设定的涓流电流与忸流电 流Tbat的关系：Rtrick (X)InucK (mA)010% Ibat50k20% Ibat114k30% Ibat320k50% Ibat引脚悬空100% Ibat充电终止恒斥阶段，当允电电流降到绘人恒流值 的1；10时，充电循环被终止。该条件是通 过采用一个内

21、部滤波比较器对Rs的压降进 行监控來检测的。为Rs两端电爪差至10mV 以卜的时间超过Verm （般为1.8ms）时， 充电被终止。充电电流被关断，TP5100进入 待机模式，此时输入电源电流降至120p A. 电池漏电流流出约luAo在待机模式中,TP5100对BAT引脚电 压进彳亍连续监控。如果双节锂离子电池该引 脚电压降到8.25V （单节锂电池电压降到 4. 05V）的再充电电门限Vrechrg以则新 的充电循环开始并再次向电池供应电流。 充电状态指示器TP5100仃两个漏极开路状态扌旨示输出 端，CHRG和STDEY。当充电器处于充 电状态时，CHRG被拉到低电半，在其他 状态，CH

22、RG处几苗阻态。当电池的温度 处丁正常温度范围Z外，CHRG和 STDBY管脚都输出高阻态。、"|不用状态指 示功能时町将不用的引脚连接到地。 表4：充电指示状态绿灯红灯充电状态STDBYCHRG灭亮正在充电状态火电池充满状态灭灭欠斥，电池温度过 高、过低等故障状 态或无电池接入（TS端使用）绿灯亮，红灯闪烁T=0. 5-1SBAT端接10u电容， 无电池待机状态（TS接地）电源、电池供电切换控制TP5100集成了电源、电池供电切换控制 引M PWR.0N-O当VIN输入后，PWR_ON-输出 低电位,可以导通PMOSo当VIN去掉后, PWR_0N-输出高电位（电池电压）可以关闭

23、PMOSoVINpwr"on |BAr | M |rTLElOUTTP511M)100k电池过温保护为了防止温度过高或者过低对电池造 成的损害,TP5100内部集成冇电池温度检测 电路，电池温度检测是通过测最TS管脚的 电压实现的，TS管脚的电压是由电池内的 NTC热敏电阻和个电阻分压网络实现的， 如图8所示。TP5100将TS管脚的电压同芯 片内部的两个阈值Vgv和Vhigh相比较，以 确认电池的温度是否超出正常范閑.在 TP5100内部，Vgw被固定在 45%xVREG , VHIGH 被固定在 80%xVREG o如果TS管脚的电压 % Wgv或者则表示电池的温度A高或者A低，

24、充电过程将被暂停； 如果TS管脚的电压在Vgw和Vhigh Z 间,充电周期则继续.如果将TS管脚接到NTC地线，电池温度检测功能将被禁止。举例：常温25*C F RNTC=10k,设定保护 温度60°C, 60°C卜RNTC=3k,则计算得 R二3. 6k时，NTC电阻分压比例为45%VREG电芯片内部热限制图7供电切换控制示意图如果芯片温度试图升至约110C的预设 值以上，则-个内部热反馈坏路将减小设定 的充电电流。该功能町防止TP5100过热， 并允许用户提高给定电路板功率处理能力 的上限而没仃损坏TP5100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

25、提卜，町根据典型（而不是最坏情况） 坏境温度来设定允电电流。限流及输出短路TP5100内部集成多种保护，芯片输入端 限流最人稣值电流3A,以防止电流过大引起 芯片损坏。当输出端电床低约1. 2V,芯片 进入短路保护模式，芯片输入电流限流为最 人峰值电流的10%约450mA. Ill流人小随输 入电压的不同有差异。自动再启动一U充电循环被终止，TP5100立即采 用一个几仃1. 8ms滤波时间（）的 比较器來对BAT引脚上的电压进行连续监 控。当电池电床降至电池容杲的90%以卜. 时，充电循环車新开始。这确保了电池被维 持（或接近） 个满充电状态。在再充电 循坏过程中，阪&引脚输出帀:新

26、进入一 个强卜拉状态。图9 -个典型锂离子电池充电循环状态图欠压闭锁一个内部欠压闭锁电路対输入电压进 行监控，并在Vin欠压闭镇门限以上之 前使充电器保持在停机模式。UVLO电路将 使充电器保持在停机模式，电池无放电电流。 如果UVLO比较器发牛跳变，则在VIN升 至比电池电压高50mV Z前充电器将不会退 出停机模式。这杠玄户不用担心在输入电源 不足情况F电池电起被泄放。输入、输出、VS端电容可以使用多种类型电容器，但石耍高品 质的功率电容。用多层陶瓷电容器时尤It必 须谨恒，冇些类型的陶瓷电容器J1冇高EMI 值的恃点，因此,在某些条件下（比如将充 电器输入与一个工作屮的电源相连）仃町能

27、产生高的电压瞬态信兮损坏芯片，建议采用 10uF和0. luF电容或X5R或X7R材质陶瓷电 容，并且电容连接位屋务必靠近芯片引脚。热考虑虽然QFN16封装的外形尺寸很小，但 比散热特性很好，然而需要PCB版的设计 配合为佳，最好采用一个热设计将良的PCB 板布局以股人幅度地增加叮使用的充电电 流。用丁耗散IC所产生的热吊的散热通路 从芯片至引线框架，并通过芯片底部散热片 到达PCB板钢面.引脚相连的铜箔面积应 尽町能地宽阔，并向外延伸至较人的铜面 积，以便将热昴散播到周围环境屮.建议至 内部或背部铜电路层的多加通孔，改善允电 器的总体热性能。当进行PCB板布局设计 时，电路板上与充电器无关的

28、其他热源也圧 必须予以考虑的，因为它们将对总体温升和 绘人充电电流有所影响。电感选择为了保证系统稳定性，在预充电和恒流 充电阶段，系统需要保证丁作在连续模式 （CCM） o根据电感电流公式：1 M-Vrat）AI =x%atLxFSl VIN 丿其中AI为电感纹波、FS为开关频率,为了15rASIC南京拓品微电子有限公司TP5100保证在预充电和恒流允电均处J： CCM模式， I取预充电电流值,即为恒流充电的1/5, 根据输入电压要求町以计算出电感值。电感取值4. 7uH-22uH,推荐使用推荐 lOuHo电感额定电流选用人丁充电电流，内阻 较小的功率电感。#南京拓品微电子有限公司TP510017南京拓品微电子有限公司TP5100封装描述4mni*4mni 16 引脚 QFN 封装#南京拓品微电子有限公司TP5100#南京拓品微电子有限公司TP5100N13N16#南京拓品微电子有限公司TP5100#南京拓品微电子有限公司TP5100D1uuczNl#