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概述TP4201X是一款專為移動電源設計的單芯片解決方案,內部集成了充電管理模塊、放電管理模塊、電量檢測及LED指示模塊.TP4201X內置充電和放電功率MOS，充電電流可以設定，最大充電電流和最大放電電流均為1.2A.TP4201X內部集成了恒溫充電工作模式、過溫保護、過充與過放保護、輸出過壓保護、輸出重載保護、輸出短路保護等幾乎所有安全保護功能以保證芯片和鋰離子電池的安全,同時TP4201X應用電路簡單,只需很少元件便可實現充電管理與放電管理。TP4201X中的X可以為A、B或C；TP4201A為3檔電量指示，TP4201B為4檔電量指示，TP4201C為5檔電量指示。特點.內置充電、放電功率MOS，無需外加.輸入電壓:4.3V~5.5V.充電電流:最大1.2A.輸出電流：最大1.2A.輸出電壓:5V.BAT放電終止電壓:3.0V.可選3/4/5檔電池電量指示以及充、放電狀態指示.預設4.2V/4.35V充電電壓，精度達±1%.集成充電管理與放電管理.智能溫度控制與過溫保護.集成輸出過壓保護、短路保護.集成過充與過放保護.支持涓流模式以及零電壓充電.支持手電筒功能,最大輸出100mA.最高達90%的放電效率.封裝形式：ESOP16L(帶散熱片)應用.手機、平板電腦、GPS等的移動電源典型應用電路TP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.62管腳ESOP16L管腳描述管腳號管腳名稱描述1BAT鋰離子電池正極2SW升壓電路功率NMOS漏端3PGND功率地4AGND信號地5LED1PMOS漏極輸出電量指示端，外接電量指示LED燈到AGND6LED2/NCPMOS漏極輸出電量指示端，外接電量指示LED燈到AGND；對于TP4201A,此引腳懸空7LED3PMOS漏極輸出電量指示端，外接電量指示LED燈到AGND8LED4/NCPMOS漏極輸出電量指示端，外接電量指示LED燈到AGND；對于TP4201A/TP4201B，此引腳懸空9LED5PMOS漏極輸出電量指示端，外接電量指示LED燈到AGND10SWT手電筒和電量指示使能端，外接RC電路，放電時短按S1鍵顯示電量，長按S1鍵手電筒打開或關閉11ISET充電電流設定端，外接一電阻到AGND用于設定充電電流12TS環境溫度檢測端，不用時須接GND；放電時當TS電壓大于0.8*VBAT或小于0.35*VBAT時，IC停止工作,充電時當TS電壓大于0.8*VDD或小于0.35*VDD時，IC停止工作13SD升壓使能控制輸出端，有負載接上時SD輸出為L，負載移除或發生保護時SD輸出H；可外接PMOS防止輸出短路，BAT到SD也可以接指示LED用作放電指示燈14LITNMOS開漏手電筒照明輸出端,可以驅動100mA的LED燈用于手電筒照明15OUT升壓電路輸出端，外接負載，最大輸出1.2A電流16VDD電源輸入端，外接10uF電容到AGNDTP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.63定購信息極限參數（注1）參數額定值單位PGNDtoAGND電壓-0.3~+0.3V其它引腳電壓-0.3~+6V充電電流1.5A放電電流1.5A儲存環境溫度-50~+150℃工作環境溫度-40~+85℃工作結溫范圍-40~150℃HBM2000VMM200V推薦工作范圍符號參數參數范圍單位VDD充電輸入電壓4.5~5.5VTOP工作溫度-40~85℃注1：最大極限值是指超出該工作范圍芯片可能會損壞。推薦工作范圍是指在該范圍內芯片工作正常，但不完全保證滿足個別性能指標。電氣參數定義了器件在工作范圍內并且在保證特定性能指標的測試條件下的直流和交流電氣參數規范。對于未給定的上下限參數，該規范不予保證其精度，但其典型值合理反映了器件性能。TP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.64電氣參數無特殊說明，VDD=5V，Ta=25℃符號參數測試條件最小值典型值最大值單位VDD充電輸入電壓4.355.5VVBAT預設充電電壓(注2)4.1584.24.242V△VRECHRG再充電閾值電壓VBAT-VRECHRG100mVVISETISET電壓RISET=1KΩ0.9511.05VIBATBAT恒流充電電流RISET=1KΩ,恒流充電模式90010001100mAITRKBAT涓流充電電流RISET=1KΩ,涓流充電模式100mAVTRK涓流充電閾值電壓RISET=10KΩ,VBAT上升2.9VVTRK_HYS涓流充電滯回電壓RISET=10KΩ100mVTST充電溫度補償閾值RISET=1KΩ,溫度上升120℃TZERO充電零電流溫度RISET=1KΩ,溫度上升140℃VUV_BATBAT欠壓鎖定閾值電壓VBAT上升3.3VVBAT_ENDBAT放電終止電壓3.0VISD_BATBAT待機電流VBAT=3.7V815uAVOUT升壓輸出電壓ILOAD=1A4.85V5.2VTSD過溫保護閾值溫度上升150℃THYS過溫保護滯回20℃VTEMP-HTS引腳高翻轉電壓80%VCCVTEMP-LTS引腳低翻轉電壓35%VCCVLITLIT低電平電壓ILIT=100mA0.6VVLEDxLED1～LED5驅動電壓ILEDx=5mA0.3VFLEDx_CLEDx充電/低電量閃爍頻率1HzFLEDx_TLEDx溫度保護閃爍頻率4HzRON_CHRG充電功率MOS導通電阻0.4ΩRON_DISCHRG放電功率MOS導通電阻ILOAD=1A0.3ΩFOSC升壓電路工作頻率500KHz注2：預設電池充電電壓有4.2V和4.35V兩種規格，請參考訂購信息進行訂購；TP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.65內部框圖應用說明恒溫充電模式TP4201X內部集成了溫度反饋環路，充電時，如果芯片內部的溫度升高到120℃，充電電流會隨著芯片的溫度升高而降低，從而減小系統功耗，降低溫升，當溫度升高到140℃時，充電電流減小為零，由于溫度反饋控制，IC工作溫度最終會穩定在120℃～140℃之間的某個值。該功能允許用戶提高給定電路板功率處理能力的上限而沒有損壞IC的風險。在保證充電器將在最壞情況條件下自動減小電流的前提下，可根據典型（而不是最壞情況）環境溫度來設定充電電流。過溫保護在充電或者放電時，如果芯片溫度升高到150℃，則芯片停止工作以保護芯片以及鋰離子電池,同時LED1～LED5會以4Hz的頻率閃爍,等到溫度降低到120℃后再自動恢復工作。電池溫度或環境溫度檢測將TS管腳接電池的NTC傳感器的輸出端，則可以檢測電池溫度，TS引腳也可以接普通電阻和NTC電阻的分壓端用于檢測環境溫度。如果TS管腳的電壓小于輸入電壓的35％或者大于輸入電壓的80％，意味著電池溫度或環境溫度超過正常范圍，則充電或放電被終止，同時LED1～LED5會以4Hz的頻率閃爍。如果不需要電池溫度或環境溫度檢測功能，則必須將TS接GND。充電電流設定充電電流可以通過設定ISET引腳的電阻來設定，關系如下式:ISETCHRGRVI1.1000.這里1V是ISET引腳的輸出電壓，最大可設定充電電流為1A。充電模式如果充電之前鋰離子電池電壓低于2.9V，為了保護電池，TP4201X工作在涓流充電模式，此時充電電流為正常設定電流的1/10；當電池電壓達到2.9V以后，TP4201X進入恒流充電模式，以設定的電流給電池充電；當電池電壓達到4.2V后，TP4201X工作在恒壓充電模式，此時輸出電壓恒定，充電電流逐漸減小，當充電電流減小為正常設定電流的1/10時，充電過程結束，充電電流降為零，只有電池電壓重新低于4.1V以后，才會進入再充模式。電池低壓保護啟動時，當BAT電壓大于3.3V時,升壓電路開始工作，工作過程中如果電池電壓低于3.0V，則放電輸出關閉，TP4201X進入低電流待機模式，待機電流為10uA左右。負載檢測與低功耗智能待機TP4201X提供兩種負載檢測方式，一種是插入負載時自動檢測，另一種是通過SWT開關按鍵控制。如果需要插入負載自動檢測功能則外部需加一個PMOS，如典型應TP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.66用中Q1所示，而且在輸出短路時此PMOS可以切斷BAT與輸出之間的通路，保護鋰電池安全。當負載拔掉、或輸出電流小于50mA（Typical）、或按下按鍵但未檢測到負載時，經過16S延時，電路關閉，IC進入低電流待機模式，待機電流減小到10uA以下。放電指示放電時，SD輸出為低電平，如果在BAT與SD之間串聯一個LED指示燈和限流電阻，則在整個放電過程中,LED為導通狀態以指示放電狀態。如果不需要放電指示，則不接LED指示燈和限流電阻。手電照明輸出LIT端可以驅動LED燈用于手電筒照明,最大驅動電流為100mA,SWT是手電照明使能端,如果長按S1鍵,手電筒打開，再次長按S1鍵手電筒輸出關閉,按鍵時間可以由外部RC參數設定。元件選擇1、輸出電容（C3～C5）選擇低ESR的貼片電容,輸出1A時最好用兩個或以上10uF貼片電容；使用中，若BAT輸入電容（C6、C7）或輸出電容（C3～C5）因損壞而短路，都將會使得鋰電池和地短路，所以務必選擇質量較好的電容。2、Q1選擇導通電阻小的PMOS,輸出電流全部由Q1流出,若Q1因導通電阻較大,發熱嚴重而燒毀,這時若輸出短路或重載等情況發生的話,TP4201X的保護功能將不會有效。3、電感L1的飽和電流需大于3A，否則因電感飽和會導致SW腳損壞，從而使得BAT和地短路。4、二極管D1選擇低壓大電流的肖特基二極管，1A輸出時至少使用SS34，最好選用SS54或SS52。保護功能TP4201X集成了過充保護、過放保護、充電溫度補償、過溫保護、輸出過壓保護、輸出重載保護、輸出短路保護等多重保護機制以保證芯片和鋰離子電池的安全。由于芯片在運輸等中間環節，以及焊接不當和靜電等原因可能將芯片損壞，芯片損壞后所有保護功能也將失效，同時因為外部元件選擇不當也有可能會導致鋰電池輸出短路，針對上述各種可能情況，應用時建議在鋰電池與TP4201X之間額外添加鋰電池保護芯片，對鋰電池進行雙重保護。PCB設計參考1、IC下面敷銅散熱，散熱面積盡量大且散熱的地方留一些通孔增強散熱；2、AGND和PGND直接打到IC下面的散熱敷銅上；3、BAT電容靠近IC，C3/C4/C5的GND和IC的GND連接在一起，之后再回到輸入電容C6/C7的GND，各GND走線要盡量粗，空余的地方全部走GND；4、電容C6/C7到電感L1再到SW的路徑走線要盡量短且線要粗；5、電感L1，SS34與電容形成的環路走線要短，環面積要小。6、大電流通路，如BAT、L1到SW，以及BAT、L1、D1、Q1到輸出USB的通路盡量不要過過孔。工作狀態與電量指示LED1～LED5為PMOS漏極輸出充電狀態與電量指示引腳，須串聯LED與限流電阻到GND；不同狀況時LED狀態如下：①充電時LED1～LED5一直工作以指示充電狀態，達到電量的LED常量，當前電量的LED以1Hz頻率閃爍；②待機狀態下，若按下按鍵S1或接入負載，顯示電量4S后關閉；③放電時，若按下按鍵，顯示電量4S后關閉；④放電時，若電池電壓低于3.2V，LED1會一直以1HZ的頻率閃爍提示電量低，直到電池電壓低于3V，關閉電路，進入低功耗低壓保護模式，需要重新充電至3.3V以上才可以再次放電；⑤IC溫度超過150℃或TS腳檢測到電池溫度/環境溫度超過正常范圍，LED1～LED5以4Hz頻率閃爍報警，同時關閉輸出。LED1～LED5狀態描述如下表所示：TP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.67LED1～LED5工作狀態表IC型號充電放電電池電壓(V)LED1LED2LED3LED4LED5電池電壓(V)LED1LED2LED3LED4LED5TP4201AVBAT＜3.5閃爍-滅-滅VBAT＜3.0滅-滅-滅3.0≤VBAT＜3.2閃爍-滅-滅3.2≤VBAT＜3.4亮-滅-滅3.5≤VBAT＜3.9亮-閃爍-滅3.4≤VBAT＜3.8亮-亮-滅3.9≤VBAT＜4.2亮-亮-閃爍3.8≤VBAT亮-亮-亮4.2≤VBAT亮-亮-亮------TP4201BVBAT＜3.5閃爍滅滅滅VBAT＜3.0滅滅滅滅3.0≤VBAT＜3.2閃爍滅滅滅3.2≤VBAT＜3.4亮滅滅滅3.5≤VBAT＜3.7亮閃爍滅滅3.4≤VBAT＜3.6亮亮滅滅3.7≤VBAT＜3.9亮亮閃爍滅3.6≤VBAT＜3.8亮亮亮滅3.9≤VBAT＜4.2亮亮亮閃爍3.8≤VBAT亮亮亮亮4.2≤VBAT亮亮亮亮------TP4201CVBAT＜3.5閃爍滅滅滅滅VBAT＜3.0滅滅滅滅滅3.0≤VBAT＜3.2閃爍滅滅滅滅3.2≤VBAT＜3.4亮滅滅滅滅3.5≤VBAT＜3.7亮閃爍滅滅滅3.4≤VBAT＜3.6亮亮滅滅滅3.7≤VBAT＜3.9亮亮閃爍滅滅3.6≤VBAT＜3.8亮亮亮滅滅3.9≤VBAT＜4.0亮亮亮閃爍滅3.8≤VBAT＜3.9亮亮亮亮滅4.0≤VBAT＜4.2亮亮亮亮閃爍3.9≤VBAT亮亮亮亮亮4.2≤VBAT亮亮亮亮亮------注明:本公司對本文檔有修改的權利,本公司對本文檔的修改恕不另行通知。TP4201A/TP4201B/TP4201C移動電源單芯片解決方案Ver1.6