SD8001完整的单节锂离子电池采用恒定电流恒定电压线性充.docx
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SD8001完整的单节锂离子电池采用恒定电流恒定电压线性充
SD8001SD8001SD8001SD8001SD8001SD8001SD8001SD8001线性锂离子电池充电器
描述是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。
其SOT封装与较少的外部元件数目使得成为便携式应用的理想选择。
可以适合USB电源和适配器电源工作。
由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部检测电阻器和隔离二极管。
热反馈可对充电电流进行调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。
充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。
当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，将自动终止充电循环。
当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。
也可将置于停机模式，以而将供电电流降至45uA。
的其他特点包括充电电流监控器、欠压闭锁、自动再充电和一个用于指示充电结束和输入电压接入的状态引脚。
特点·高达800mA的可编程充电电流；·无需MOSFET、检测电阻器或隔离二极管；
·用于单节锂离子电池、采用SOT23-5封装的完
整线性充电器；
·恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热危
险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能；
·直接从USB端口给单节锂离子电池充电；·精度达到±1%的4.2V预设充电电压；·用于电池电量检测的充电电流监控器输出；·自动再充电；
·充电状态输出引脚；·C/10充电终止；
·待机模式下的供电电流为45uA；·2.9V涓流充电器件版本；·软启动限制了浪涌电流；·采用5引脚SOT-23封装。
应用·蜂窝电话、PDA、MP3播放器；·充电座；·蓝牙应用。
典型应用典型应用600mA单节锂离子电池充电器完整的充电循环（750mAh电池）
绝对最大额定值·输入电源电压（VCC）：
-0.3V～10V·PROG：
-0.3V～VCC+0.3V·BAT：
-0.3V～7V
·：
-0.3V～10V
·BAT短路持续时间：
连续·BAT引脚电流：
800mA·PROG引脚电流：
800uA·最大结温：
125℃
·工作环境温度范围：
-40℃～85℃·贮存温度范围：
-65℃～125℃·引脚温度（焊接时间10秒）：
260℃
SD8001
1
电特性
凡表注●表示该指标适合整个工作温度范围，否则仅指TA=25℃，VCC=5V，除非特别注明。
2
典型性能特征
恒定电流模式下PROG引脚PROG引脚电压与温度的充电电流与PROG引脚电电压与电源电压的关系曲线关系曲线压的关系曲线
PROG引脚上拉电流与温度PROG引脚电流与PROG引脚PROG引脚电流与PROG引脚和电源电压的关系曲线电压的关系曲线（上拉电流）电压的关系曲线（箝位电流）
稳定输出（浮充）电压与充稳定输出（浮充）电压与温稳定输出（浮充）电压与电
电电流的关系曲线度的关系曲线
压的关系曲线
强下拉状态下的
引强下拉状态下的
引弱下拉状态下的
引脚
脚I-V曲线脚电流与温度的关系曲线I-V
曲线
3
弱下拉状态下的
引涓流充电电流与温度的关系涓流充电电流与电源电压的
脚电流与温度的关系曲线曲线关系曲线
涓流充电门限与温度的关系充电电流与电池电压的关系充电电流与电源电压的关系
曲线曲线曲线
充电电流与环境温度的关再充电电压门限与温度的关功率FET“导通”电阻与温
系曲线系曲线度的关系曲线
SD8001SD8001
引脚功能
CHRG（引脚1）：
漏极开路充电状态输出。
在电池的充电过程中，由一个内部N沟道MOSFET将CHRG引脚拉至低电平。
当充电循环结束时，一个约20μA的弱下拉电流
源被连接至CHRG引脚，
指示一个“AC存在”状态。
当检测到一个欠压闭锁
条件时，CHRG引脚被强制为高阻抗状态。
GND（引脚2：
）：
地BAT（引脚3）：
充电电流输出。
该引脚向电池提供充电电流并将最终浮充电压调节至4.2V。
该、引脚的一个精准内部电阻分压器设定浮充电压，在停机模式中，该内部电阻分压器断开。
VCC（引脚4）：
：
正输入电源电压。
该引脚向充电器供电。
VCC的变化范围在4.25V至6.5V之间，并应通过至少一个1μF电容器进行旁路。
当VCC降至BAT引脚电压的30mV以内，进入停机模式，从而使
IBAT降至2μA以下。
PROG（引脚5）：
充电电流设定、充电电流监控和停机引脚。
在该引脚与地之间连接一个精度为1%的电阻器PPROG可以设定充电电流。
当在恒定电流模式下进行充电时，该引脚的电压被维持在1V。
在所有的模式中都可以利用该引脚上的电压来测算充电电流，公式如下：
IBAT=（VPROG/RPROG）×1000
PROG引脚还可用来关断充电器。
将设定电阻器与地断接，内部一个2.5μA电流将PROG引脚拉至高电平。
当该引脚的电压达到1.22V的停机门限电压时，充电器进入停机模式，充电停止且输入电源电流降至45μA。
重新将RPROG与地相连将使充电器恢复正常操作状态。
方框图
SD8001
SHOUDINGSD8001
SD8001处于一个充电循环SD8001即终止充电循环并停止通过6SD8001处于欠压闭锁模式SD8001处于充电就绪状态，SD8001对BAT引脚电压SD8001进入待机模式SD8001SD8001SD8001SD8001
工作原理
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800mA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；因此，基本充电器电路仅需要两个外部元件。
不仅如此，还能够从一个USB电源获得工作电源。
正常充电循环
当Vcc引脚电压升至UVLO门限电平以
上且在PROG引脚与地之间连接了一个精度为1%的设定电阻器或当一个电池与充电器输出端相连时，一个充电循环开始。
如果BAT引脚电平低于2.9V，则充电器进入涓流充电模式。
在该模式中，提供约1/10的设定充电电流，以便将电流电压提升至一个安全的电平，从而实现满电流充电。
当BAT引脚电压升至2.9V以上时，充电器进入恒定电流模式，此时向电池提供恒定的充电电流。
当BAT引脚电压达到最终浮充电压（4.2V）时，进入恒定电压模式，且充电电流开始减小。
当充电电流降至设定值的1/10，充电循环结束。
充电电流的设定
充电电流是采用一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器来设定的。
电流充电电流是PROG引脚输出电流的1000倍。
设定电阻器和充电电流采用下列公式来计算：
PROG
CHGCHGPROGRV
IIVR1000,1000==
从BAT引脚输出的充电电流可通过监视PROG引脚电压随时确定，公式如下：
1000•=
PROG
PROG
BATRVI充电终止
当充电电流在达到最终浮充电压之后降
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引脚进行监控来检测的。
当PROG引脚电压降至100mV以下的时间超过TERMt（一般为1.8ms时，充电被终止。
充电电流被锁断，，此时输入电源电流降至45μA。
（注：
C/10终止在涓流充电和热限制模式中失效）。
充电时，BAT引脚上的瞬变负载会使PROG引脚电压在DC充电电流降至设定值的1/10之间短暂地降至100mV以下。
终止比较器上的1.8ms滤波时间（TERMt）确保这种性质的瞬变负载不会导致充电循环过早终止。
一旦平均充电电流降至设定值的1/10以下，BAT引脚提供任何电流。
在这种状态下，BAT引脚上的所有负载都必须由电池来供电。
在待机模式中进行连续监控。
如果该引脚电压降到4.05V的再充电电门限（RECHRGV以下，则另一个充电循环开始并再次向电池供应电流。
当在待机模式中进行充电循环的手动再启动时，必须取消然后再施加输入电压，或者必须关断充电器并使用PROG引脚进行再启动。
图1示出了一个典型充电循环的状态图。
充电状态指示器充电状态指示器（（）
充电状态输出具有三种不同的状态：
强下拉（约10mA）、弱下拉（约20μA）和高阻抗。
强下拉状态表示中。
一旦充电循环被终止，则引脚状态由欠压闭锁条件来决定。
弱下拉状态表示Vcc满足UVLO条件且。
高阻抗状态表示：
要么Vcc高出BAT引脚电压的幅度不足100mV，要么施加在Vcc引脚上的电压不足。
可采用一个微处理器来区分这三种状态――在“应用信息”部分将对此方法进行讨论。
热限制热限制
如果芯片温度试图升至约75℃的预设值以上，则一个内部热反馈环路将减小设定的充电电流,直到120℃以上停止充电。
该功能可
，SD8001立即采用SD8001处于SD8001SD8001的SD8001过热
防止，并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。
有关ThinSOT功率方面的考虑将在“应用信息”部分做进一步讨论。
欠压闭锁欠压闭锁
一个内部欠压闭锁电路对输入电压进行监控，并在Vcc升至欠压闭锁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。
如果UVLO比较器发生跳变，则在Vcc升至比电池电压高100mV之前充电器将不会退出停机模式。
手动停机
在充电循环中的任何时刻都能通过去掉RPROG（从而使RPROG引脚浮置）来把置于停机模式。
这使得电池漏电流降至2μA以下，且电源电流降至50μA以下。
重新连接设定电阻器可启动一个新的充电循环。
在手动停机模式中，只要Vcc高到足以超过UVLO条件，CHRG引脚都将处于弱下拉状态。
如果欠压闭锁模式，则
CHRG引脚呈高阻抗状态：
要么Vcc高出BAT
引脚电压的幅度不足100mV，要么施加在Vcc引脚上的电压不足。
自动再启动自动再启动
一旦充电循环被终止一个具有1.8ms滤波时间（RECHARGEt）的比较器来对BAT引脚上的电压进行连续监控。
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。
这确保了电池被维持在（或接近）一个满充电
状态，并免除了进行周期性充电循环启动的需要。
在再充电循环过程中，CHRG引脚输出进入一个强下拉状态。
图1：
一个典型充电循环的状态图
稳定性的考虑
只要电池与充电器的输出端相连，恒定电压模式反馈环路就能够在未采用一个外部电容器的情况下保持稳定。
在没有接电池时，为了减小纹波电压，建议采用一个输出电容器。
当采用大数值的低ESR陶瓷电容器时，建议增加一个与电容器串联的1Ω电阻器。
如果使用的是钽电容，则不需要串联电阻器。
在恒定电流模式中，位于反馈环路中的是PROG引脚，而不是电池。
恒定电流模式的稳定性受PROG引脚阻抗的影响。
当PROG引脚上没有附加电容会减小设定电阻器的最大容许阻值。
PROG引脚上的极点频率应保持在CPROG，则可采用下式来计算RPROG的最大电阻值：
PROG
PROGCR••≤
51021
π
对用户来说，他们更感兴趣的可能是充电电流，而不是瞬态电流。
例如，如果一个运行在低电流模式的开关电源与电池并联，则从BAT引脚流出的平均电流通常比瞬态电流脉冲更加重要。
在这种场合，电流通常比瞬态电流脉冲更加重要。
在这种场合，可在PROG引脚上采用一个简单的RC滤波器来测量平均的电池电流（如图2所示）。
在PROG引脚和滤波电容器之间增设了一个10k电阻器以确保稳定性。
SD8001SD8001SD8001SD8001SD8001
图2：
隔离PROG引脚上的容性负载
和滤波电路
功率损耗
因热反馈的缘故而减小充电电流的条件可通过IC中的功率损耗来估算。
这种功率损耗几乎全部都是由内部MOSFET产生的――这可由下式近似求出：
BATBATCCDIVVP•−=（
式中的PD为耗散的功率，VCC为输入电源电压，VBAT为电池电压，IBAT为充电电流。
当热反馈开始对IC提供保护时，环境温度近似为：
JADAPCTθ−°=120
JABATBATCCAIVVCTθ••−−°=（120
实例：
通过编程使一个从5VUSB电源获得工作电源的向一个具有3.75V电压的放电锂离子电池提供400mA满幅度电流。
假设
JAθ为150℃/W（请参见电路板布局的考虑），
当开始减小充电电流时，环境温度近似为：
WCmAVVCTA/150400（75.35（120°••−−°=CCWCWCTA°−°=°•−°=75120/1505.0120CTA°=45
可在45℃以上的环境温度条件下使用，但充电电流将被降至400mA以下。
对于一个给定的环境温度，充电电流可有下式近似求出：
JA
BATCCA
BATVVTCIθ•−−°=
（120
再以60℃的环境温度来考虑前面的例子。
充电电流将被大约减小至：
mA
IACC
WCVVCCIBAT
BAT320/5.18760/15075.35（60120=°°=
°•−°−°=不仅如此，正如工作原理部分所讨论的那样，当热反馈使充电电流减小时，PROG引脚上的电压也将成比例地减小。
切记不需要在应用设计中考虑最坏的热条件，这一点很重要，因为该IC将在结温达到120℃左右时自动降低功耗。
热考虑热考虑
由于SOT23-5封装的外形尺寸很小，因此，需要采用一个热设计精良的PC板布局以最大幅度地增加可使用的充电电流，这一点非常重要。
用于耗散IC所产生的热量的散热通路从芯片至引线框架，并通过峰值后引线（特别是接地引线）到达PC板铜面。
PC板铜面为散热器。
引脚相连的铜箔面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大的铜面积，以便将热量散播到周围环境中。
至内部或背部铜电路层的通孔在改善充电器的总体热性能方面也是颇有用处的。
当进行PC板布局设计时，电路板上与充电器无关的其他热源也是必须予以考虑的，因为它们将对总体温升和最大充电电流有所影响。
下表罗列了几种不同电路板尺寸和铜面积条件下的热阻。
所有的测量结果都是在静止空气中的3/32″FR-4电路板上（器件安装于其顶面）获得的。
SD8001
8
SD8001包括一个用于在充电循环开始时
SD8001SD8001
增加热调节电流
降低内部MOSFET两端的压降能够显著减少IC中的功耗。
在热调节期间，这具有增加输送至电池的电流的作用。
对策之一是通过一个外部元件（例如一个电阻器或二极管）将一部分功率耗散掉。
实例：
通过编程使一个从5V交流适配器获得工作电源的向一个具有3.75V电压的放电锂离子电池提供800mA的满幅充电电流。
假设JAθ为125℃/W，则在25℃的环境温度条件下，充电电流近似为：
mAW
CVVC
CIBAT608/12575.35（25120=°•−°−°=
通过降低一个与5V交流适配器串联的电阻器两端的电压（如图3所示），可减少片上功耗，从而增大热调整的充电电流：
JA
BATCCBATSBATVRIVC
CIθ•−−°−°=
（25120
利用二次方程可求出2
BATI。
CC
JA
ACCBATSBATSBATRTCRVVVVI2120（4（（2
θ−°−−−=
取RCC=0.25Ω、VS=5V、VBAT=3.75V、TA=25℃且/W℃125JA=θ，我们可以计算出热调整
的充电电流：
IBAT＝708.4mA
虽然这种应用可以在热调整模式中向电池输送更多的能量并缩短充电时间，但在电压模式中，如果VCC变得足够低而使处于低压降状态，则它实际上有可能延长充电时间。
图4示出了该电路是如何随着RCC的变大而导致电压下降的。
当为了保持较小的元件尺寸并避免发生压降而使RCC值最小化时，该技术能起到最佳的作用。
请牢记选择一个具有足够功率处理能力的电阻器。
VCC旁路电容器旁路电容器
输入旁路可以使用多种类型的电容器。
然而，在采用多层陶瓷电容器时必须谨慎。
由于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）有可能产生高的电压瞬态信号。
增加一个与X5R陶瓷电容器串联的1.5Ω电阻器将最大限度地减小启动电压瞬态信号。
充电电流软启动充电电流软启动
最大限度地减小涌入电流的软启动电路。
当一个充电循环被启动时，充电电流将在20μs左右的时间里从0上升至满幅全标度值。
在启动过程中，这能够起到最大限度地减小电源上的瞬变电流负载的作用。
SD8001
SD8001SD8001
状态输出引脚状态输出引脚
CHRG引脚能够提供一个输入电压高于欠压闭锁门限电平的指示。
一个约20μA的弱下拉电流表示VCC引脚上施加了开始充电循环所需的足够电压。
当一个放电电池被连接到充电器时，充电循环的恒定电流部分开始，
CHRG引脚电平被拉至地。
CHRG引脚能够
吸收高达10mA的电流，以驱动一个用于指示充电循环正在进行之中的LED。
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。
当充电电流降至不足设定电流的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降至欠压闭锁门限以下，则CHRG引脚变成高阻抗。
利用两个不同阻值的上拉电阻器，一个微处理器能够从该引脚检测出所有三种状态，如图5所示。
图5：
采用一个微处理器来确定
引脚状
态
为了在处于充电模式时进行检测，将数字输出引脚（OUT）强制为高电平并测量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也将把该引脚拉至低电平。
一旦充电循环终止，N沟道MOSFET即被关断，并且一个20μA的电流源被连接至CHRG引脚。
IN引脚随后将由2K上拉电阻器拉至高电平。
为了确定是否存在一个弱下拉电流，应将OUT引脚强制为高阻抗状态。
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，表示器件处于一个UVLO状态。
反向极反向极性输入电压保护性输入电压保护性输入电压保护
在有些应用中，需要在VCC上进行反向极
性电压保护。
如果电源电压足够高，则可采用一个串联隔离二极管。
在其他必须保持低降压的场合，可以采用一个P沟道MOSFET（如图6所示）。
USB和交流适配器电源
允许从一个交流适配器或一个USB端口进行充电。
图7示出了如何将交流适配器与USB电源输入加以组合的一个实例。
一个P沟道MOSFET（MP1）被用于防止交流适配器接入时信号反向传入USB端口，而一个肖特基二极管（D1）则被用于防止USB功率在经过1K下拉电阻器时产生损耗。
一般来说，交流适配器能够提供比电流限值为500mA的USB端口大得多的电流。
因此，当交流适配器接入时，可采用一个N沟道MOSFET（MN1）和一个附加的10K设定电阻器来把充电电流增加至600mA。
SD8001
SD8001
SD8001
10
SHOUDING封装描述S5封装5引脚塑料SOT－23-5封装SD800154b*典型应用SD8001SD8001SD8001SD800111
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