XPM6012 FUMAN | Alldatasheet
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深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第1 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 1 特性 高至2.1A 输入电流同步开关模式充电 -2A 输入时效率高至91.5% - 自动匹配USB 端口或充电器电流能力 - 电源路径管理，支持边充边放 - 支持4.20V/4.35V 电池类型 高至2.4A 输出电流同步开关模式放电 - VBAT 为3.7V 输出2.4A 时效率高至92% - CC 恒流输出 待机/充电/升压三种模式自动切换 自动侦测充电/受电设备插入和拔出 支持按键开关机 待机模式功耗低至30 A 4 颗LED 电量显示和LED 照明灯 500K 开关频率，1 电感 支持I2C 通讯协议 高精度 - 充电电池饱和电压精度±0.5% - 充电电流精度±2% - 升压输出电压精度±2% 高集成度 - 功率路径 （Power Path Management） - 功率开关管（MOSFET） 高可靠性和安全性 - 输入直流耐压高至9V - 短路、过压、过流、过温保护 - ESD 4KV ESOP8 Package 2 应用 高品质移动电源 锂电池充电 3 应用电路 LEDC LEDA LEDB VOUT KEY SW BAT 22uF VIN1 4 5 D1 D2 D3 D4 XPM6012 EPAD 22uF C81 22uF C82 22uF R51 10K R52 20R L1 1uH DP DM 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 VBAT=3.2 V VBAT=3.7 V Output Current (A) Efficiency (%) L=1uH
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第2 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 4 概述 XPM6012 是一款集成度高，性能卓越，应用简单的电源管理芯片，适用于锂离子电 池和锂聚合物电池的充电管理和电源路径管理系统。XPM6012 集成电流模同步充电模块、 升压模块以及系统控制模块。同步整流控制环路包含有输入电压、输入电流，输出电压、 输出恒流等四个环路，为 XPM6012 提供卓越的电源性能。升压模块具有输出恒定电流 的功能。 XPM6012 集成 40 high-side/low-side 开关管，以实现高转换效率。电池 2.5A 电流 充电效率高至91%；电池 2A 电流效率高至 93%。升压模块输出功率超过 12W，电池电 压 4.2V 时 5V/2.4A 效率高至 93%，电池电压 3.2V 时 5V/2.4A 效率高至89%。 XPM6012 支持 4 颗 LED 显示电量，支持 LED 照明灯。 XPM6012 能够在多种工作状态之间自动切换。当芯片处于待机模式时，功耗低至 30 ；当芯片侦测到有效的输入电源时，切换到充电模式，输入电源拨出后切换到待机 模式；当芯片侦测到外部设备时，切换到升压放电模式，外部设备拨出或充满电后切换 到待机模式。 XPM6012 集成各种保护功能：短路、欠压、过压、过流、过温等保护，直流耐压高 至 9V，具有良好的ESD 防护性能，系统稳定可靠。 XPM6012 仅需极少的外围元器件，为各种便携式设备提供高性能高集成度的解决方
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第3 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 5 引脚定义 LEDC LEDA LEDB VOUT KEY SW BAT VIN EPAD 引脚 名称 描述
1 VIN 充电输入端口
2 LEDA 用作LED电量显示，芯片工作状态指示及测试PIN
3 LEDB/SDA 用作LED电量显示功能或者是I
C的SDA
4 LEDC/SCL 用作LED电量显示功能或者是I
C的SCL
5 KEY 按键输入端
6 VBAT 电池端口
7 SW 电感接入端口
8 VOUT 输出端口
EPAD PGND 功率地 6 订购信息 料号 印字 特性 封装 XPM6012 XPM6012 XXXXXXX ESOP8 印字说明： 第一行，XPM6012：芯片型号； 第二行，XXXXXXX：Lot Number。
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第4 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 7 规格参数 7.1 极限工作参数(1) 参数 最小值 最大值 单位 耐压（对PGND） VIN -0.3 9 V VOUT -0.3 9 V SW -0.3 12 V 其他 -0.3 9 V 结温 -40 150 存储温度 -65 150 (1) 超出极限工作范围值可能会造成器件永久性损坏。长期工作在极限额定值下可能会影响器件的 可靠性。
7.2 ESD 性能
符号 参数 值 单位 VESD 人体放电模式 (HBM) ±4000 V 7.3 推荐工作条件 参数 最小值 典型值 最大值 单位 VIN 输入电压 4.4 5.6 V IOUT 输出电流 2.4 A VBAT 电池电压 2.5 4.4 V L 电感 1 µH COUT 输出电容 44 µF TA 工作环境温度 -40 85 7.4 热阻值 符号 参数 值 单位 RθJA 结温和周围温度之间的热阻(1) 35 /W RθJCtop 结温和封装外壳表面温度之间的热阻 39 RθJCbot 结温和封装外壳底部温度之间的热阻 4 (1) 2层PCB电路板,室温28 条件下测得。
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第5 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 7.5 电气特性 没有特别注明情况下，以下参数为 ， 条件下测得。 Parameters Symbol Condition Min Typ Max Unit 静态电流Quiescent Currents 待机模式电流 IBAT_STD VBAT=3.2V 30 µA VBAT=3.7V 35 充电模式静态电流 IIN_CHG VIN=5V, No Battery 4 8 mA 升压模式静态电流 IBAT_BOOST VBAT=3.7V, VOUT=5.1V 2 10 mA 充电系统Battery Charger VIN 工作电压范围 VIN_RANGE 4.4 5.6 V 电池充电饱和电压 VBAT_FULL 4.2V 电池版本 4.17 4.2 4.23 V 4.35V 电池版本 4.32 4.35 4.38 电池回充电压阈值 VBAT_RECHG 4.2V 电池版本 4.02 4.05 4.08 V 4.35V 电池版本 4.12 4.15 4.18 电池回充迟滞电压 150 200 mV 电池过压阈值 VBAT_OVP VBAT=4.2V /4.35V 103% VBAT 恒流充电范围 ICHG_RANGE VIN=5V 1.8 2 2.2 A 涓流充电电流 IPRECHG VBAT<3V 150 mA 涓流充电电池电压阈值 VPRECHG 涓流充电到恒流充电 2.9 3 3.1 V 恒流充电到涓流充电 2.8 2.9 3.0 V 涓流充电阈值迟滞电压 200 mV 恒压充电截止电流 ITERM 5% 10% 15% ICHG 充电自适应电压阈值 VIN_TRACK VIN=5V 4.55 4.6 4.65 V 充电自适应温度阈值 120 °C 升压系统Boost Mode 电池工作电压 VBAT 2.95 4.4 V VOUT 电压范围 VOUT 5 5.1 5.2 V 输出电流 IOUT VBAT=3.7V, VOUT=5.1V 2.8 A 输出电压纹波 VOUT VBAT=3.7V, VOUT=5.1V, COUT=44µF 100 mV 轻载进入待机电流 60 mA 轻载检测时间 VBAT=2.8V~4.5V 16 s 低电池电压阈值 VBAT_LOW VBAT 下降过程 2.95 V VBAT 上升过程 3.2 V 控制和电源路径系统 开关频率 FSW 500 KHz VSYS 到SW 导通电阻 RON_HS VGS=5V 40 m
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第6 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 SW 到PGND 导通电阻 RON_LS VGS=5V 40 m 按键开机时间 30 ms 按键关机时间 1.5 s LED 驱动电流 ILED 4 颗LED 显示灯 2 mA 电池短路保护电流 IBAT_SHORT VIN=5V 200 mA 过温保护阈值 140 °C 过温保护迟滞 25 °C
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第7 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 8 功能描述 8.1 系统 XPM6012 有三种工作状态： 待机、 充电、 放电。 电池接入时芯片默认进入放电模式。 芯片在待机模式下，当①芯片侦测到有效的输入电源，切换到充电模式；当①输入电 源拨出，芯片由充电模式回到待机模式。当①芯片侦测到受电设备插入，或者②单击 KEY 键时，芯片由待机模式切换到升压放电模式；当①受电设备拨出或充满电，或者 ②双击KEY 键时，芯片由放电模式回到待机模式。芯片设定充电模式优先，当同时有 输入电源和受电设备接入时，优先给电池充电。芯片的状态转换图如下所示。 Charge Mode Boost Mode 按 键 开 机 ||负 载 插 入 Sleep Mode VIN有效 长 按 关 机 ||电 池 低 电 ||VOUT轻 载 VIN无效 VIN有效 图(1)XPM6012 工作状态转换图 8.2 待机模式 XPM6012 处于待机模式时，只有输入、输出和按键唤醒电路在工作，其功耗低至 30 ，大大增强电池的待机时间。当检测到输入电源大于4.4V 且小于 5.6V 时，芯片退 出待机模式进入充电模式。当检测到受电设备插入且电池电压高于 3.2V 时，芯片退出 待机模式进入放电模式。当按下 KEY 键持续 30ms，芯片会进入放电模式。 8.3 充电模式 XPM6012 内置同步开关架构的锂电池充电管理系统。该系统由多套独立的控制环路 组成，通过采样输入电压、输入电流、电池电压等多个参数对功率开关管进行 PWM 调
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第8 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 制， 从而形成高性能的充电系统。 开关充电系统工作在500KHz 频率， 采用电流模控制， 具有快速的响应速度，此外还有逐周期过流过压保护功能。 电池充电过程分为三个阶段：涓流充电， 恒流充电， 恒压充电， 如图2 所示。当 VBAT<3V 时系统进行涓流充电，涓流充电电流为固定 150mA 线性充电方式。当 3V<VBAT<VBAT_FULL 是系统进行恒流充电，充电电流为 ICHG。当 VBAT =VBAT_FULL 时系统进行恒压充电，直到充 电电流小于10%ICHG 时结束充电。当电池充饱电后，由于系统自身的功耗一直存在，如 果电池电压VBAT 下降到VBAT_FULL-150mV，则开始新的充电周期。 150mA 线充 ICC TC CC CV I T VBAT_FULL 图(2)XPM6012 充电过程示意图 8.3.1 电池过压保护 当电池电压超过VBAT_FULL 的 103%时，关闭充电过程，并且在芯片内部对VBAT 下拉一 个电流来保护电池。 8.3.2 过温保护 当结温超过140°C，将触发过温保护，停止充电；当结温下降到115°C以内，系统再 次进入充电模式。 8.4 放电模式 XPM6012 集成 500KHz 工作频率的同步开关升压转换系统，采用电流模控制环路， 具有快速的响应速度和低输出电压纹波特性。升压转换系统具有输出恒定电流的功能。 系统集成了导通电阻 40m 的 High-side 和 Low-side MOSFET 从而实现高转换效率。在电 池工作电压范围（3.2V<VBAT<4.35V）内，系统输出5V/2.4A 时，能保持89%以上的转换 效率。
8.4.1 Key 键开关机及 WLED 控制(1)
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第9 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体 当按下KEY 持续30ms 释放后， 系统软启动电路开始工作， 进入DCDC 升压放电模式， 同时开启LED 电量显示功能。 当双击KEY 后，系统关闭，进入待机模式。 长按KEY 持续 1.5S 后，开启WLED。再次长按KEY 持续 1.5S 后，关闭WLED。 (1) 如需要定制KEY 建，请咨询供应商。 8.4.2 恒定电流输出 XPM6012 的升压转换系统能够输出恒定电流。当输出电流 IOUT 未达到设定值时，输 出电压VOUT 保持恒定；当输出电流IOUT 达到设定值时，输出电流IOUT 保持恒定，输出电 压VOUT 下降。当输出电压VOUT 下降到低于电池电压VBAT+150mV 时，升压转换系统关闭， VOUT 被下拉到0；打开线性充电模块对VOUT 充电并不停的检测VOUT 电压高于电池电压 VBAT+300mV,如果VOUT 电压满足高于 VBAT+300mV 则系统升压启动，否则持续等待。输出 VI 特性曲线如图(3)所示。 VOUT IOUT IOUT_MAX 图(3)升压转换系统的输出VI 特性曲线图 8.4.3 过温保护 当结温超过140°C，将触发过温保护， 关闭升压转换系统； 当结温下降到115°C以内， 系统再次开启升压转换系统。
深圳市富满电子集团股份有限公司 SHEN ZHEN FINE MAD ELECTRONICS GROUP CO., LTD. XPM6012 (文件编号：S&CIC1612) 2.1A 充电2.4A 放电移动电源管理芯片 Version 1.0 第10 页 共11 页 Copyright©2017, 云矽半导体
8.5 LED 电量显示
XPM6012 内置电池电量计模块，支持4 颗 LED 灯显示电池电量。在充电模式和放电 模式下，LED 灯以不同的方式来显示电量和状态，详情参考下面表格。 充电模式 放电模式 电池电量C LED1 LED2 LED3 LED4 LED1 LED2 LED3 LED4 C=100% ON ON ON ON ON 75% C ON ON ON Flash ON
50 C 75% ON ON Flash OFF ON OFF
25 C 50% ON Flash OFF OFF ON OFF OFF
C 25% Flash OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF C 15% Flash OFF OFF OFF Flash OFF OFF OFF
8.6 PCB Layout 注意事项
XPM6012 由于工作在高频开关状态，所以外围元件，特别是输入输出电容对性能和 稳定有明显的影响，在 PCB 布局中注意以下几点： 1、VIN 输入电容C1，VBAT 电池端滤波电容 C6，VOUT 升压输出电容 C81、C82 紧靠芯 片旁，并用粗线连接相应的引脚与底部的地线。 2、电感可以稍距离芯片 5mm 左右以便减少电感热量对芯片的影响，走线时粗线连接。 3、电池正极尽量先经过滤波电容 C6 再接到电池， 更好的降低充电时串入到电池的纹波。 4、尽量保证地平面完整。 使用锂电保护电路， 在任何时候都是需要到， 这样能够对产品安全性提供更有效的保障。
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