USB鋰離子/聚合物電池充電器解決方案
AAT3681A的封裝尺寸非常小，只有2.0×2.1mm，這使得它非常適合便攜式和超便攜式應用。這一器件是即插即用型充電器設(she)計師能夠(gou)得(de)到(dao)的(de)最理(li)想器件，它可以(yi)幫助(zhu)設(she)計師節省(sheng)設(she)計和(he)PCB布(bu)板時間，也(ye)有助(zhu)于將產品快速推向(xiang)市場。
AnalogicTech可提供專為便攜式和手持式電池供電應用設(she)計(ji)的(de)大量電源轉換解(jie)決方案。一個成功設(she)計(ji)的(de)最重(zhong)要特征之(zhi)一是，器件與(yu)目標應用之(zhi)間的(de)匹配是非(fei)常完美的(de)。
就AAT3681A來說，現代便攜式應用的功能正在以一個令人瞠目結舌的速度擴展，所有類型的新功能正被添加進去以滿足市場的要求。因此，提供這一器件的目的是把單節鋰離子電池充電器所需的所有功能全部集成在一起，以及最大程度地減小電路設計師的設計工作量。現在他們可以把精力更多地集中在充電器設計的(de)主要目標(biao)上(shang)，而不是電(dian)池充(chong)電(dian)器設計(ji)的(de)非(fei)常(chang)深入(ru)的(de)細節上(shang)。
AAT3681A Battery Manager是一個高度集成的單節鋰離子/聚合物電池充電器IC，設計用(yong)于從一(yi)個(ge)DC電(dian)(dian)源或USB口(kou)進行充電(dian)(dian)，輸入電(dian)(dian)壓(ya)(ya)可(ke)高達7.5V。它只(zhi)需要一(yi)個(ge)外部元件(jian)就能實現全部的功能。AAT3681A可(ke)精確地為4.2V(或4.375V)鋰離(li)子/聚合物電(dian)(dian)池組調節(jie)電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)和電(dian)(dian)流。
當從AC適配器或USB口充電時，高達300mA的電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流可通過(guo)一(yi)個(ge)(ge)外(wai)部電(dian)(dian)(dian)阻進行設置。電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態(tai)被不間斷地監測(ce)，一(yi)旦錯誤情(qing)況(如過(guo)壓、短路或過(guo)熱)發生，該器件將自動關斷，從(cong)而保(bao)護充(chong)電(dian)(dian)(dian)設備、控制系統和處于充(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態(tai)的電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。AAT3681A提供(gong)一(yi)個(ge)(ge)狀態(tai)監測(ce)輸出腳，它通過(guo)直接驅(qu)動一(yi)個(ge)(ge)外(wai)部LED來指(zhi)示電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)狀態(tai)。
AAT3681A采用節(jie)省空間的8腳無鉛(qian)耐熱SC70JW封裝，占(zhan)板面積只(zhi)有2.0×2.1mm，工(gong)作溫度范圍為-40℃到+85℃。
最近發布的AAT3681A是一個(ge)單節電(dian)池(chi)充電(dian)器，它適合很(hen)多(duo)的應用，包括：1)藍牙耳(er)機(ji)；2)DECT耳(er)機(ji)；3)數碼相機(ji)；4)MP3便攜式(shi)音樂(le)播放(fang)機(ji)、PMP；5)腕表；6)其(qi)它鋰離子/聚合物電(dian)池(chi)供電(dian)設備(bei)。
盡管該器件(jian)的設(she)計目的是為了讓(rang)充(chong)(chong)(chong)電(dian)器的設(she)計變得非(fei)常快速、簡(jian)單(dan)和(he)容易，但它集成(cheng)了很(hen)多特(te)性來幫助優化(hua)電(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)性能和(he)PCB布板(ban)面積(ji)。下面是這些特(te)性和(he)功能的一部(bu)分：1)USB或AC適(shi)配器系統電(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)器；2)15mA到300mA的可編程充(chong)(chong)(chong)電(dian)電(dian)流(liu)(liu)；3)4.0V到7.5V的輸(shu)入電(dian)壓(ya)范圍；4)與內部(bu)充(chong)(chong)(chong)電(dian)器件(jian)的高度(du)集成(cheng)；5)反向阻塞二極(ji)管；6)自(zi)動(dong)電(dian)流(liu)(liu)感應；7)自(zi)動(dong)再充(chong)(chong)(chong)定序(xu)；8)充(chong)(chong)(chong)滿電(dian)自(zi)動(dong)關斷/睡眠模式(shi)/充(chong)(chong)(chong)電(dian)終(zhong)結；9)關機電(dian)流(liu)(liu)小于1uA；10)電(dian)池預充(chong)(chong)(chong)、過壓(ya)和(he)緊急過熱保護(hu)狀態(tai)下的自(zi)動(dong)涓流(liu)(liu)充(chong)(chong)(chong)電(dian)；11)上電(dian)復位和(he)軟啟動(dong)；12)LED狀態(tai)引腳；13)8腳2.0×2.1mm SC70JW封裝。
模塊描述
單節鋰離子/聚合物電池正在變成便攜式和超便攜式應用的主要選擇。針對這一終端市場而開發的AAT3681A是一個高性能的電池充電器，設計用于從一個外部電源以高達300mA的電流對單節鋰離子/聚合物電池進行充電。這一充電電流可使用一個外部電阻在15mA到300mA的很寬范圍內進行定制。這就允許適配器/USB口在不同的應用中執行快速充電。它是一個獨立的充電解決方案，只需要一個外部元件就可以實現全部功能。這一器件可精確地為4.2V鋰離子/聚合物電池組調節電池充電電壓和電流。
圖1：(a) 典(dian)型應用(yong)框(kuang)圖；(b) 功能框(kuang)圖和引腳排列。
該(gai)器件(jian)的(de)額定工作溫(wen)度范圍為-40℃到+85℃。在某(mou)一(yi)給定的(de)恒流充(chong)電水平下(xia)，當工作環境溫(wen)度超(chao)出了該(gai)器件(jian)封裝的(de)功耗能力時，其充(chong)電控制(zhi)將進入熱限制(zhi)狀態。
該(gai)器(qi)件提供一個狀(zhuang)態(tai)監測(ce)輸出引腳，它可直(zhi)接驅動一個外(wai)部LED來指(zhi)示電(dian)池充電(dian)狀(zhuang)態(tai)。器(qi)件結溫(wen)和充電(dian)狀(zhuang)態(tai)被充分監測(ce)，以防錯誤狀(zhuang)況(kuang)發生。
AAT3681A實現了一個完(wan)整的保(bao)護(hu)(hu)系(xi)統(tong)。在過壓或過溫錯(cuo)誤狀(zhuang)態發生時，該器件(jian)將自(zi)動關(guan)斷，以保(bao)護(hu)(hu)充電(dian)設備(bei)、控制系(xi)統(tong)和充電(dian)狀(zhuang)態下的電(dian)池。
充電操作
AAT3681A具有針對整個電(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)周(zhou)期的(de)四種基本(ben)充(chong)(chong)電(dian)(dian)模式(shi)：預充(chong)(chong)/涓流(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)、恒(heng)流(liu)/快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)、恒(heng)壓充(chong)(chong)電(dian)(dian)和充(chong)(chong)電(dian)(dian)終結(jie)。
電池預充
在充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)開始前，為了確保一個(ge)安全的充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)環(huan)境，AAT3681A會(hui)檢查幾(ji)個(ge)條件(jian)。輸入電(dian)(dian)(dian)(dian)源必須超(chao)過(guo)最小工(gong)作電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)或(huo)欠壓(ya)鎖定(ding)閾(yu)值(zhi)(zhi)，才能(neng)啟(qi)動充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)順序(xu)。當這(zhe)些條件(jian)都已(yi)得到滿足(zu)且(qie)電(dian)(dian)(dian)(dian)池連接到BAT引腳，AAT3681A就(jiu)檢查電(dian)(dian)(dian)(dian)池的狀態(tai)。如(ru)果電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)低(di)于預充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)閾(yu)值(zhi)(zhi)，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)控制(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路就(jiu)開始對(dui)電(dian)(dian)(dian)(dian)池進行預充(chong)(chong)。電(dian)(dian)(dian)(dian)池預充(chong)(chong)涓流充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流是快速(su)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)恒流的十分(fen)之一。
例如，如果可編程快速充電電流是300mA，那么預充電流就是30mA。電池單元預充是針對深度放電電池單元的一種安全預防措施，它也有助于限制導通晶體管上的功耗，因為此時該器件上的電壓差是最大的。恒流充電電池單元預充一直持續到BAT引腳上的電壓超出預充電壓閾值。到達此點后，該器件開始恒流充電階段。恒流充電幅值由用戶通過設置電阻進行編程。AAT3681A一直保持恒流充電模式，一直到電池到達電壓調節點。
恒壓充電
在恒流快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)階段，當電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)到(dao)達(da)輸(shu)出充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)調(diao)(diao)節(jie)閾值時(shi)，系統(tong)就進入恒壓(ya)(ya)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)模(mo)式。調(diao)(diao)節(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)水平在出廠時(shi)設置為4.2V(±0.5%)。恒壓(ya)(ya)模(mo)式下的充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流掉下來，因為充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)中的電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)單元(yuan)快到(dao)達(da)其最大容量。
充(chong)電(dian)周期終(zhong)結(jie)和再充(chong)電(dian)順序
在恒壓(ya)模式下(xia)，當(dang)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流掉到快速充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流的10%時，該(gai)器件就終止充電(dian)(dian)，并進(jin)入睡眠狀態。充電(dian)(dian)器將保(bao)持(chi)睡眠狀態，直(zhi)到電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)降到電(dian)(dian)池再(zai)充電(dian)(dian)壓(ya)閾值以下(xia)。
由于(yu)在睡眠狀態(tai)下(xia)(xia)消耗非常(chang)低的電(dian)(dian)流(liu)，因此AAT3681A在不充電(dian)(dian)時(shi)可將電(dian)(dian)池泄露降(jiang)到(dao)最低。這(zhe)一(yi)特(te)性(xing)對這(zhe)樣一(yi)些(xie)應用來(lai)說(shuo)特(te)別(bie)有用，其輸入電(dian)(dian)源水(shui)平(ping)可能(neng)低于(yu)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)池水(shui)平(ping)或欠壓鎖定(ding)水(shui)平(ping)。在這(zhe)些(xie)情(qing)況下(xia)(xia)，當AAT3681A輸入電(dian)(dian)壓下(xia)(xia)降(jiang)時(shi)，該器(qi)件將進入睡眠狀態(tai)，一(yi)旦輸入電(dian)(dian)源從(cong)錯誤狀態(tai)下(xia)(xia)恢復(fu)過(guo)來(lai)，它再自(zi)動恢復(fu)充電(dian)(dian)。
散熱考慮
AAT3681A采用SC70JW-8封(feng)裝(zhuang)，它能夠散發(fa)高達687mW的功率，當(dang)它被正確(que)地(di)安裝(zhuang)在(zai)PCB板上時，并(bing)具(ju)有最(zui)大160℃/W的熱阻。在(zai)設計PCB和安排該(gai)充電(dian)器(qi)IC與某一(yi)特定應用設計中的其它散熱器(qi)件的位(wei)置時，有許多因(yin)素(su)應當(dang)加(jia)以(yi)考(kao)慮。
該充電器IC的環境溫(wen)度也將(jiang)對電(dian)池充電(dian)應用的熱限制有影響。在(zai)某(mou)一特定環境條(tiao)件下(xia)，可以期望(wang)的最大限制可通(tong)過以下(xia)討論估計出來。
首先，某一特定環境下的最大功耗可通過下式計算出來：
其中：
PD(MAX) = 最大功耗(W)
θJA = 封裝熱阻(℃/W)
TJ(MAX) = 最(zui)大器件結溫(wen)(℃) [135℃]
TA = 環境溫(wen)度(℃)
其次，功耗可通過下式計算出來：
其中：
PD = 器(qi)件的總(zong)功耗
VIN = 輸入電(dian)壓
VBAT = BAT引腳上的電池電壓
ICH = 針對某應用編程的恒(heng)定充(chong)電電流
IOP = 在正常工作(zuo)狀態下(xia)充電器IC消耗(hao)的靜態電流[0.5mA]
通過替代，我們可以推導出在到達熱限制條件(熱循環)前的最大充電電流。該最大充電電流是設計電池充電器應用時的關鍵因素。
總之，最壞(huai)的情況是充(chong)電(dian)器IC上的最大電(dian)壓降，此(ci)時，電(dian)池電(dian)壓被充(chong)電(dian)到預充(chong)電(dian)壓閾值。
保護電路；過(guo)壓保護
一個過(guo)壓(ya)事件(jian)的(de)定義為：BAT引腳上的(de)電(dian)壓(ya)超過(guo)最(zui)大電(dian)池充電(dian)電(dian)壓(ya)，并被設定在過(guo)壓(ya)保護閾值。如果一個過(guo)壓(ya)事件(jian)發(fa)生，AAT3681A充電(dian)控制(zhi)電(dian)路將關斷(duan)該器(qi)件(jian)，直到BAT引腳上的(de)電(dian)壓(ya)掉到OVP電(dian)壓(ya)水平(ping)以(yi)下。AAT3681A在過(guo)壓(ya)狀態消除后，再恢(hui)復正常的(de)充電(dian)操(cao)作。
保護電路(lu)；過(guo)熱關斷
AAT3681A有一(yi)(yi)個熱保護控(kong)制(zhi)電(dian)(dian)路，一(yi)(yi)旦內部(bu)裸片溫度(du)超過(guo)預置的(de)熱限制(zhi)閾值，它就關(guan)斷充電(dian)(dian)功能。一(yi)(yi)旦內部(bu)裸片溫度(du)掉到(dao)熱限制(zhi)以下，就自動恢復(fu)到(dao)以前的(de)正常充電(dian)(dian)狀態。
充電電流的可編程性
用戶可借(jie)助一個放在ISET引腳與地(di)之(zhi)間的設置電(dian)(dian)(dian)阻(zu)編程設定(ding)恒流充(chong)電(dian)(dian)(dian)水平(ping)。快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)精度和預充(chong)涓流充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流，由使用的設置電(dian)(dian)(dian)阻(zu)的容差(cha)決定(ding)。因此，推薦采用1%容差(cha)的金屬(shu)薄膜電(dian)(dian)(dian)阻(zu)。快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)恒流電(dian)(dian)(dian)流范(fan)圍從(cong)15mA到300mA。
AAT3681A可以(yi)即(ji)插即(ji)用方式提供電池充電器全(quan)(quan)部功能。它只需要一個外部元件(jian)就可以(yi)進行(xing)全(quan)(quan)部操作。該器件(jian)可提供極出的性價比。2mm×2.1mm的小占板面積可節省PCB空間。該器件(jian)適合各種不(bu)同應用，從藍牙耳機、MP3播放器到腕表。AAT3681A是AnalogicTech公司不(bu)同復雜度和(he)類別產品(pin)大家庭的最新成(cheng)員。