TP4055

TP4055 ASIC | Alldatasheet

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南京拓微集成电路有限公司 TP4055 南京拓微集成电路有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 数据手册 DATASHEET TP4055 (500mA 线性锂离子电池充电器)

特点

• 锂电池正负极反接保护；
• 高达500mA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
• 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；
• 可直接从USB端口给单节锂离子电池充电；
• 最高输入可达9V；
• 精度达到±1%的4.2V预设充电电压；
• 自动再充电；
• 1 个充电状态开漏输出引脚；
• C/10充电终止；
• 待机模式下的供电电流为40uA；
• 2.9V涓流充电；
• 软启动限制了浪涌电流；
• 采用5引脚SOT-23封装。 应用
• 充电座
• 蜂窝电话、PDA、MP3播放器
• 蓝牙应用 典型应用 500mA 单节锂离子电池充电器 绝对最大额定值
• PROG：-0.3V～VCC+0.3V
• BAT：-4.2V～7V
• CHRG ：-0.3V～10V
• BAT短路持续时间：连续
• BAT引脚电流：500mA
• PROG 引脚电流：800uA
• 最大结温：145℃ 400mA 电流完整的充电循环（600mAh） 描述 TP4055 是一款完整的单节锂离子电池充电器，带电池正负极反接保护，采用恒定 电流/恒定电压线性控制。其SOT 封装与较少的外部元件数目使得TP4055 成为便携式应 用的理想选择。TP4055 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自动调节，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。充满电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部 设置。当电池达到4.2V 之后，充电电流降至设定值1/10，TP4055 将自动终止充电。 当输入电压（交流适配器或USB 电源）被拿掉时，TP4055 自动进入一个低电流状 态，电池漏电流在2uA 以下。TP4055 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。

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 封装/订购信息 订单型号 TP4055-42-SOT25-R 器件标记 5 引脚塑料SOT-23-5 封装 55bm(m 是生产批号，可变) 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。 符号 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VCC 输入电源电压 ● 4.0 5 9.0 V ICC 输入电源电流 充电模式，RPROG=10K 待机模式（充电终止） 停机模式（RPROG 未连接， VCC<VBAT，或VCC<VUV） 150 500 100 100 100 μA μA μA VFLOAL 稳定输出（浮充）电压 IBAT=40mA 4．158 4．2 4 ．242 V IBAT BAT引脚电流 (除说明外Vbat=4.0v) RPROG=10K，电流模式 RPROG=2K，电流模式 RPROG=1.6K，电流模式 待机模式，VBAT=4.2V 停机模式（RPROG 未连接） 睡眠模式，VCC=0V 380 480 100 400 500 －2.5 110 420 520 mA mA mA μA μA μA ITRIKL 涓流充电电流 VBAT<VTRIKL,RPROG=10K ● 10 15 20 mA VTRIKL 涓流充电门限电压 RPROG=10K,VBAT上升 2.8 2.9 3.0 V VTRHYS 涓流充电迟滞电压 RPROG=10K 60 80 100 mV VUV VCC 欠压闭锁门限 从VCC 低至高 ● 3.4 3.6 3.8 V VUVHYS VCC 欠压闭锁迟滞 ● 150 200 300 mV VMSD 手动停机门限电压 PROG 引脚电平上升 PROG 引脚电平下降 3.40 1.90 3.50 2.00 3.60 2.10 V V VASD VCC-VBAT闭锁门限电压 VCC 从低到高 VCC 从高到低 100 140 mV mV ITERM C/10 终止电流门限 RPROG=10K RPROG=1.66K mA mA VPROG PROG 引脚电压 RPROG=10K，电流模式 ● 0.9 1.0 1.1 V CHRGI CHRG 引脚漏电流 CHRGV =5V（待机模式） 0 1 μA CHRGV CHRG 引脚输出低电压 CHRGI =5mA 0.3 0.6 V

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 ΔVRECHRG 再充电电池门限电压 VFLOAT-VRECHRG 100 150 200 mV TLIM 限定温度模式中的结温 120 ℃ RON 功率FET“导通”电阻 （在VCC 与BAT之间） 650 mΩ tss 软启动时间 IBAT=0 至IBAT=1000V/RPROG 20 ms tRECHARGE 再充电比较器滤波时间 VBAT高至低 0.8 1.8 4 ms tTERM 终止比较器滤波时间 IBAT降至ICHG/10 以下 0.8 1.8 4 ms IPROG PROG 引脚上拉电流 2.0 μA 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 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

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 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 引脚功能 CHRG （引脚1）：漏极开路输出的充电状 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 进行；否则CHRG 管脚处于高阻态。 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4V 至9V 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，TP4055 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RPROG 可以设定充电 电流。当在恒定电流模式下进行充电时，引 脚的电压被维持在1V。 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2.7V 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 40μA。重新将RPROG 与地相连将使充电器 恢复正常操作状态。

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 方框图

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 工作原理 TP4055 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 500mA 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，TP4055 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，TP4055 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，TP4055 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。设定电阻器和充电电 流采用下列公式来计算： 根据需要的充电电流来确定电阻器阻值， 公式一： 1000 PROG BAT R I= (I BAT≤0.3A) 例一：当需要设置充电电流为IBAT＝0.2A 时， 采用公式一计算得： 1000 50000.2 PROGR == （Ω） 即RPROG＝5kΩ 公式二： ( ) 1000 1.3PROGBAT BAT RI I=×− (IBAT>0.3A) 在大于0.3A 应用中，芯片热量相对较大，温 度保护会减小充电电流，不同环境测试电流与 公式计算理论值也变的不完全一致。客户应用 中，可根据需求选取合适大小的RPROG。 RPROG 与充电电流的关系确定可参考下表： RPROG (k) IBAT (mA) 20k 50 10k 100 5k 200 4k 250 3k 300 2k 400 1.6k 500 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， TP4055 进入待机模式，此时输入电源电流降 至40μA。（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， TP4055 即终止充电循环并停止通过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，TP4055 对BAT引脚电压 进行连续监控。如果该引脚电压降到4.1V 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2 示出了一 个典型充电循环的状态图。 电池反接保护功能 TP4055 具备锂电池反接保护功能，档锂 电池正负极反接于 TP4055 电流输出引脚， TP4055 会停机显示故障状态，无充电电流。

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 充电指示管脚处于高阻态，LED 灯灭，此时 反接的锂电池漏电电流小于0.8mA。将反接的 电池正确接入，TP4055 自动开始充电循环。 反接后的 TP4055 当电池去除后，由于 TP4055 输出端BAT管脚电容电位仍为负值， 则TP4055 指示灯不会立刻正常亮，只有正确 接入电池可自动激活充电。或者等待较长时间 BAT 端电容负电位的电量放光，BAT 端电位 大于零伏，TP4055 会显示正常的无电池指示 灯状态。 反接情况下，电源电压应在标准电压5V 左右，不应超过8V。过高的电源电压在反接 电池电压情形下，芯片压差会超过10V，故在 反接情况下电源电压不宜过高。 充电状态指示器（CHRG ） TP4055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。 充电状态 红灯CHRG 正在充电状态 亮 电池充满状态 灭 电池反接，电源欠压 灭 无电池连接指示灯状态可选两种方案: 无电池待机状态: 灯: 应用1:BAT 接一个10U 电解电容 闪烁T=0.5-2 S 应用2:BAT端加接100k 电阻到电源（图见P12） 灭 热限制 如果芯片温度试图升至约 120℃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。该功能可防止TP4055 过热，并允 许用户提高给定电路板功率处理能力的上限 而没有损坏TP4055 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。有关SOT-23 功率方面的考虑将在 “热考虑”部分做进一步讨论。 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50mV 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PROG 引脚浮置）来把TP4055 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。图1 利用NMOS 管关断使PROG 引脚浮置。 图1：可信号控制充电电路 自动再启动 一旦充电循环被终止，TP4055 立即采用 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4.1V（大致对应于电池容量的 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 重新进入一个强下拉状态。

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 图2：一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 PROG C R ≤ 5102 p 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，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3 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。 图3：隔离PROG 引脚上的容性负载 和滤波电路 功率损耗 TP4055 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： BATBATCCD IVVP •−= )( 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： JADA PCT q−°= 120 JABATBATCCA IVVCT q••−−°= )(120 实例：通过编程使一个从5V USB 电源获得工 作电源的TP4055 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 JAq 为150℃/W（请参见电路板布局的考虑）， 当TP4055 开始减小充电电流时，环境温度近 似为：

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 CTA °= 45 TP4055 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： JABATCC A BAT VV TCI q•− −°= 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： mAI AC C WCVV CCI BAT BAT 320 /5.187 /150)75.35( 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TP4055 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 由于SOT23-5 封装的外形尺寸很小，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。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。最好采用一 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，这一点同样重要。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。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。 VCC 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,建议采用电解电容或钽 电容。 充电电流软启动 TP4055 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。当一 个充电循环被启动时，充电电流将在20mS 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。 CHRG 状态输出引脚 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 环结束且强下拉高阻态所取代，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 引脚也将变成高阻抗。 利用一个上拉电阻器，一个微处理器能够从该

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 引脚检测出这两种状态，如图4所示。 图4：采用一个微处理器来确定CHRG 引脚 状态 为了在 TP4055 处于充电模式时进行检 测，在采用100k 上拉电阻器的情况下，N 沟 道MOSFET 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，CHRG 引脚为高阻抗IN引脚随后将由800k上拉电阻 器拉至高电平。当然在欠压闭锁，输入电压不 足的情况下IN 引脚也将被拉至高电平，表示 器件处于一个UVLO 状态。 输入电压反向极性保护 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5 所示）。 图5：低损耗输入反向极性保护 封装描述 S5 封装 5 引脚塑料SOT-23-5封装

南京拓微集成电路有限公司 TP4055 典型应用 全功能单节锂电池充电器（接耗散电阻） 具有输入反向极性保护的充电器 （无电池状态红灯闪烁） 无电池不闪灯单节锂电池充电器 （无电池红灯灭，不影响其他状态指示） TP4055 测试使用注意事项 1、TP4055 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。 2、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 TP4055 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。 3、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