TP5100

TP5100 ASIC | Alldatasheet

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南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 南京拓微 集成电路 有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 数据手册 DATASHEET TP U A 开关 降压 8.4 4.2V 锂电池充 电 器 芯片

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 概述 TP5 是一款开关降压型 双节 8.4V 单 节 4.2V 锂电池充电管理芯片 其 QFN16 超小型封装 与简单的外围电路 使得 TP5 非常适用于便携式设备的大电流充电管理应用 同时 TP5 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。 TP5 具有 5V-18V 宽输入电压 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 最大充电电流达 TP 5100 采用频率 00kHz 的开关工作模式使它可以使用较小的外围器件，并在大电流充电中仍保持较小的发热量。 TP 5100 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围保护。 特性 双 单 节 8.4 V /4.2V 锂电池充电 内置功率 MOSFET 开关型工作模式， 器件发热少，外围简单 可编程充电电流， 0.1A-- A 可编程预充电电流， 10%--100% 无需外接防倒灌肖特基二极管 宽工作电压，最大达到 V 红绿 LED 充电状态指示 芯片温度保护， 过 流保护，欠压保护 电池温度保护 电池反接停机 短路保护 开关频率 00KHz ，可用电感 uH 及以上 PWR_ON- 电源、电池供电切换控制 小于 ％的充电电压控制精度 涓流、恒流、恒压三段充电，保护电池 采用 QFN16 4mm*4mm 超小型封装 绝对最大额定值 静态 输入电源电压（ VIN V BAT -8.4 V V BAT 短路持续时间：连续 最大结温： 工作环境温度范围： -40 贮存温度范围： -65 125 引脚温度（焊接时间 秒 260 应用 便携式设备、各种充电器 智能手机、 PDA 、移动蜂窝电话 MP4 MP5 播放器、平板电脑 航模 电动工具 对讲机 典型应用 图 TP 5100 为 8.4 V 双节 锂离子电池 1.5A 充电 150MA 预充）应用示意图

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 图 TP 5100 为 4.2V 单节 锂离子电池 1.5A 充电 150MA 预充）应用示意图 封装 订购信息 引脚 4mm*4mmQFN16 封装顶视图 （散热片接地） 订单型号 TP 5100 -QFN16 器件标记 TP 5100 实物图片

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 TP 5100 功能方框图 图 TP 5100 功能框图

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 电特性 表 TP 5100 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 T R A R VIN= V 除特别注明 符号 参数 条件 最小值 典型值 最大值 单位 VIN 输入电源电压 4.5 V I R CC 输入电源电流 无电池 模式， R R S R =0.1 Ω 待机模式（充电终止） 停机模式（ CS=GND V R in R R BAT R V R in R R UV R 180 μ A μ A μ A V R FLOAL 充电截止电压 4.2V 锂离子电池 4.158 4.2 4.242 V 8.4 V 锂离子电池 8.316 8.4 8.484 V I R BAT BAT 引脚电流 电流模式测试条件 是 CS= VREG 、电池 7.5 R R S =0.1 Ω ，恒流模式 R R S R =0.067 Ω ，恒流模式 待机模式， V R BAT R 8.4 V VIN=0V V R BAT R 8.4 V 950 1450 1000 1500 1100 1600 mA mA uA uA I R TRIKL 涓流预充电电流 RTRICK 引脚接地 1.2V<V R BAT R V R TRIKL R R R S R =0.067 mA F 振荡频率 400 KHz D MAX 最大占空比 100% D MIN 最小占空比 V R TRIKL 涓流充电门限电压 8.4 V 涓流充电门限电压 4.2 V R R S =0.067 Ω V R BAT R 上升 5.6 5.8 3.0 V V R TRHYS 涓流充电迟滞电压 R R S =0.067 Ω 100 mV V R UV V R IN R 欠压闭锁门限 从 V R IN R 低至高 3.5 V V R UVHYS V R IN R 欠压闭锁迟滞 150 200 300 mV V R ASD V R IN R R BAT R 闭锁门限电压 V R IN R 从低到高 V R IN R 从高到低 100 140 mV mV I R TERM C/10 终止电流门限 R R S =0.067 Ω mA CHRG V 引脚输出低电压 CHRG I =5mA 0.3 0.6 V STDBY V 引脚输出低电平 STDBY I =5mA 0.3 0.6 V V R TEMP-H TEMP 引脚高端关机电压 >80 VREG V R TEMP-L TEMP 引脚低端关机电压 <45 *VREG Δ V R RECHRG 再充电电池门限电压 V R FLOAT R R RECHRG 150 200 mV T R LIM 芯片保护温度 R R ON 功率 FET 导通 电阻 170 m Ω t R ss 软启动时间 I R BAT R 至 I R BAT R =0.1V/Rs u S t R RECHARGE 再充电比较器滤波时间 V R BAT R 高至低 0.8 1.8 mS t R TERM 终止比较器滤波时间 I R BAT R 降至 C R /10 以下 0.8 1.8 mS

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 典型性能指标（ CS 设置为 8.4 V 锂电池充电模式） 截止电压与电源电压关系 截止电压与环境温度关系 充电电流与电池电压关系 效率 与电源电压关系

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 引脚功能 VIN 引脚 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 V 至 V 之间 并通过一 个 u F 和 0.1uF 的电容进行旁路。当 VIN 和 V R BAT R 压差低于 30mv 时 TP 5100 进入停机模 式，从而使 I R BAT R 降至 μ A LX 引脚 内置 PMOSFET 功率管漏极 连接点 LX 为 TP 5100 的电流输出端与外部 电感相连作为电池充电电流的输入端。 PWR_ON- 引脚 ：电源切换控制引脚。 当芯片接电源时， PWR_ON- 被内部开关拉 到低电平 驱动 PMOS 导通，当芯片不接电 源时， PWR_ON- 被内部开关拉到高电平 为 BAT 端电池电压，驱动 PMOS 关断。此引 脚可以用于电源供电切换 也可用作检测电 源上电建立是否正常。 GND （引脚 ：电源地 VS 引脚 输出电流检测的正极输入端 BAT （引脚 电池电压检测端 。将电池 的正端连接到此管脚。 VREG 引脚 内部电源 VREG 是一个 内部电源 它外接一 个 0.1u F 旁路电容到地 可以最大驱动 5mA TS （引脚 ：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 电阻）传感器的输出端。如果 TS 管脚的电 压小于 VREG 的 45% 或者大于 VREG 电压 的 80% 意味着电池温度过低或过高 则充 电被暂停 如果 TS 直接接 GND 电池温度 检测功能取消，其他充电功能正常。 RTRICK 引脚 涓流预充电流设置端 将 RTRICK 引脚接地则预充电电流为 10% 设置恒流 通过外接电阻可以设置预充电电 流 如果 RTRICK 悬空则预充电电流等于恒 流电流。 CS 引脚 锂离子状态片选输入端 C S 端高输入电平 VREG 将使 TP 5100 处于 锂离子电池充电 8.4 V 关断电压状态 CS 端 悬空 使 TP 510 处于锂离子电 池 4.2 V 关断电 压状态。低输入电平使 TP 5100 处于停机状 态 CS 端可以被 TTL 或者 CMOS 电平驱动 控制 STDBY 引脚 绿灯 电池充电完成指 示端 当电池充电完成时 STDBY 被内部开 关拉到低电平，表示充电完成。除此之外 STDBY 管脚将处于高阻态。 CHRG （引脚 ：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 行；否则 CHRG 管脚处于高阻态。

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 工作原理 TP5100 是专门为双节 8.4V/ 单节 4.2 V 锂离子电池而设计的开关型大电流充电器 芯片 利用芯片内部的功率晶体管对电池进 行涓流 恒流和恒压充电 充电电流可以用 外部电阻编程设定 最大持续充电电流可 达 不需要另加防倒灌二极管 TP5100 包含 两个漏极开路输出的状态指示输出端 充电 状态指示端 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 时自动降低充电电 流 这个功能可以使用户最大限度的利用芯 片的功率处理能力 不用担心芯片过热而损 坏芯片或者外部元器件。 当输入电压大于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 TP 5100 开始对电池充电 CHRG 管脚 输出低电平 表示充电正在进行 如果 双节 锂离子电池电压低于 5.8 V 单节 锂电 子 池电 压低于 2.9 V ，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可 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 锂离子电池电压 接近 8.4 V 单节 锂 离子 电池接近 4.2 V 时 距离充电截止电压约 50mV （根据不同的电 路连接电阻与电池内阻电压不同 ，充电电 流逐渐减小 TP 5100 进入恒压充电模式 当 充电电流减小到截止电流时，充电周期结 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 电压基准源 误差放大器和电阻分压网络确 保电池端截止电压的精度在 +-1% 以内 满足 了锂离子电池的充电要求 当输入电压掉电 或输入电压低于电池电压时 充电器进入低 功耗的停机模式，无需外接防倒灌二极管 电池从芯片的漏电接近 uA 充电截止电压选择 TP 5100 具有 双 节 单节 锂电池两种充电 截止电压的选择 CS 端连接高电位 VREG 为 8.4 V 双节 锂离子电池充电标 准，截止电压 8.4 V CS 端悬空，为 单节 锂离子电池电池充电标准，截止电压 4.2 V 当将 CS 端接低电平 GND 时，充电器停止 充电。 TP 5100 的 CS 端的复合设计 可以通过 外部控制决定 TP 5100 处于充电模式与停机 模式的切换。 当 CS 端悬空 表示 TP5100 为单节 锂离 子电池充电。 8.4 V 双节 锂离子电池充电状态与停机 模式的切换 如图 所示 通过一个开漏输 出端口与 CS 端连接 如果 NMOS 管栅极输入 低电平， 截止，此时 CS 端接高电平，则 充电截止电压为 8.4 V TP 5100 为 双节 锂离 子电池充电。当 NMOS 管栅极输入高电平， 导通，此时 CS 端被下拉到 GND TP 510 为停机模式 VREG 引脚可以输出 5mA 驱动电 上拉电阻可选 1k-100k 图 受外部控制的 8.4 V 锂离子电池充电状 态与停机状态的切换

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 充电电流设置 电池充电的电流 I R BAT R 由外部电流检测 电阻 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 状态下 Rs 两端的电压为 100mV 图 电池的充电电流设置 设定电阻器和充电电流采用下列公式来计 BAT S I V R （电流单位 A ，电阻单位 举例： 需要设置充电电流 ，带入公式计算得 Rs=0.1 表 给出了一些设置不同电流对应的 Rs 电 阻，方便快速设计所需电路。 表 Rs 及其对应的恒流充电电流 R S I R BAT R (mA) 100 0.2 500 0.1 1000 0.067 1500 0.05 2000 涓流预充电流设置 如果电池电压低于预充电门限电压， TP 5100 将启动一个预充电过程对电池充 TP 5100 的预充电电流可以通过 TRIC K 端口设置。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。 图 TRICK 端内部电路图 从上图 中可以看出 如果 R TRICK 端口 直接接地 电阻分压得到的电压比例即为预 充电涓流与恒流充电电流的比例 那么预充 电电流为恒流充电电流的 此引脚仅更 改涓流电流，关断电流不受此影响，仍 为 10% 恒流电流。 设定电阻器和预充电电流采用下列公 式来计算： TRICK BAT BAT TRICK TRICK I I kI kI R 400 为了方便客户快速设计 表 给出了 R TRICK 及其设定的预充电涓流电流与恒流电 流 I BA T 的关系。 表 R TRICK 及其设定的涓流电流与恒流电 流 I BAT 的关系： R TRICK (k) I TRICK (mA) 10% I BAT 50k 20% I BAT 114k 30% I BAT 320k 50% I BAT 引脚悬空 100% I BAT 充电终止 恒压阶段 当充电电流降到最大恒流值 的 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 Rs 的压降进 行监控来检测的 当 R s 两端电压差 至 10m V 以下的时间超 过 TERM t 一般为 1.8ms) 充电被终止 充电电流被关断 TP 5100 进入 待机模式，此时输入电源电流降至 μ 电池漏电流流出约 uA

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 在待机模式中， TP 5100 对 BAT 引脚电 压进行连续监控 如果 双节 锂离子电池该引 脚电压降到 8.25 V 单节 锂电池电压降 到 4.05V 的再充电电门限 RECHRG V 以下 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 TP 5100 有两个漏极开路状态指示输出 CHRG 和 STDBY 。当充电器处于充 电状态时， CHRG 被拉到低电平，在其他 状态， CHRG 处于高阻态。当电池的温度 处于正常温度范围之外， CHRG 和 STDBY 管脚都输出高阻态 当不用状态指 示功能时，可将不用的引脚连接到地。 表 ：充电指示状态 绿灯 STDBY 红灯 CHRG 充电状态 灭 亮 正在充电状态 亮 灭 电池充满状态 灭 灭 欠压，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- S BAT 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 引脚 PWR_ON- 当 VIN 输入后 PWR_ON- 输出 低电位，可以导通 PMOS VIN 去掉后， PWR_ON- 输出高电位（电池电压）可以关 闭 PMOS 图 供电切换控制示意图 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 TP 5100 内部集成有电池温度检测 电路。电池温度检测是通过测量 TS 管脚的 电压实现的， TS 管脚的电压是由电池内 的 NTC 热敏电阻和一个电阻分压网络实现的， 如图 所示。 TP 5100 将 TS 管脚的电压同芯 片内部的两个阈值 LOW V 和 HIGH V 相比较 以 确认电池的温度是否超出正常范围。 在 TP 5100 内 部 ， LOW V 被 固 定 在 VREG HIGH V 被 固 定 在 VREG 。如果 TS 管脚的电压 LOW TS V V 或者 HIGH TS V V ，则表示电池 的温度太高或者太低，充电过程将被暂停 如果 TS 管脚的电压 TS V 在 LOW V 和 HIGH V 之 间，充电周期则继续。如果将 TS 管脚接到 地线，电池温度检测功能将被禁止。 举例 常温 下 RNTC=10k 设定保护 温度 ,60 下 RNTC=3k ，则计算 得 R=3.6k 时 NTC 电阻分压比例为 45% VREG 电 压 时 TP 5100 停止充电。 图 NTC 连接示意图 芯片内部热限制 如果芯片温度试图升至 约 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 TP 5100 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 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。

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 限流及输出短路 TP 5100 内部集成多种保护 芯片输入端 限流最大峰值电流 以防止电流过大引起 芯片损坏 当输出端电压低于约 1.2V 芯片 进入短路保护模式 芯片输入电流限流为最 大峰值电流的 10% 约 50mA 。电流大小随输 入电压的不同有差异。 自动再启动 一旦充电循环被终止， TP 5100 立即采 用一个具有 1.8ms 滤波时间 RECHARGE t 的 比较器来对 BAT 引脚上的电压进行连续监 控。当电池电压降至电池容量的 ％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 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。 图 一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对输入电压进 行监控 并在 Vin 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 电池无放电电流 如果 UVLO 比较器发生跳变，则在 VIN 升 至比电池电压 高 50m V 之前充电器将不会退 出停机模式 这样客户不用担心在输入电源 不足情况下电池电量被泄放。 输入、输出、 VS 端电容 可以使用多种类型电容器 但需要高品 质的功率电容 用多层陶瓷电容器时尤其必 须谨慎，有些类型的陶瓷电容器具有高 EM I 值的特点 因此 在某些条件下 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损坏芯片 建议采 用 10u F 和 0.1u F 电容 或 R 或 R 材质 陶瓷电 容 并且 电容连 接位置务必靠近芯片引脚 热考虑 虽然 QFN16 封装的外形尺寸很小，但 其散热特性很好，然而需要 PCB 版的设计 配合 为佳 最好采用一个热设计精良的 PC B 板布局以最大幅度地增加可使用的充电电 流。用于耗散 IC 所产生的热量的散热通路 从芯片至引线框架 并通过芯片底部散热片 到达 PCB 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 建议至 内部或背部铜电路层的多加通孔 改善充电 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。 电感选择 为了保证系统稳定性 在预充电和恒流 充电阶段，系统需要保证工作在连续模式 CCM ）。根据电感电流公式： BAT IN BAT IN V V V V FS L I 其中 I 为电感纹波 FS 为开关频率 为了

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 保证在预充电和恒流充电均处于 CCM 模式 I 取预充电电流值 即为恒流充电的 根据输入电压要求可以计算出电感值。 电感取值 22uH 及以上（电感越大越稳 ，推荐使用 uH 如果电源 VIN 设 置 ，采用单节 4.2V 锂离子电池充电模式， 并设置充电电流 500mA 及以上，可以采 用 10uH 的电感。 电感额定电流选用大于充电电流 内阻 较小的功率电感。

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 封装描述 4mm*4mm 引脚 QFN 封装 封装 卷盘 只 盘 盘 盒 盒 箱 只 箱 QFN4*4 寸 40000

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 TP 5100 其他应用电路 图 TP 5100 为 8.4 V 锂离子电池无电池温度保护 1.5A 充电应用示意图 图 TP 5100 为 4.2V 锂离子电池无电池温度保护恒流 1.5A 充电应用示意图 CS PWR_ON- 引脚 悬空

南京拓微 集成电路 有限公司 TP 5100 TP 5100 使用注意事项 电路中电容都应尽量靠近芯片。 VS 端 VIN 端与 BAT 端使用 0.1uF 并上 10u 电解 电容、 X5R 或 X7R 级别陶瓷电容 电感请选用电流能力足够的功率电感。 肖特基二极管选用导通压降小电流能力大于等于 的肖特基二极管。 对于 VIN 及 LX 通过电流回路的走线应比普通信号线更宽。 注意各电容接地线节点位置，应尽量使接地点集中，良好接地。 使用芯片在大电流工作中，应考虑芯片底部散热片与 PCB 的良好连接，保证散热良好。