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計(ji)師能夠得(de)到(dao)的最理想(xiang)器件，它(ta)可以幫(bang)助設計(ji)師節省設計(ji)和PCB布板時間，也有助于將(jiang)產品(pin)快(kuai)速(su)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)(she)計的(de)大量電源轉(zhuan)換解決(jue)方案。一(yi)個成功設(she)(she)計的(de)最重要特(te)征(zheng)之一(yi)是(shi)，器件與目標應用之間的(de)匹配是(shi)非常完美的(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(yao)目標上，而不是電池充電器設計的(de)非(fei)常(chang)深(shen)入的(de)細節上。
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，設計用于(yu)從(cong)一個(ge)DC電(dian)源或USB口進(jin)行充(chong)電(dian)，輸入電(dian)壓可高達7.5V。它只(zhi)需要一個(ge)外部(bu)元件(jian)就(jiu)能實現全部(bu)的(de)功能。AAT3681A可精確地為4.2V(或4.375V)鋰離子/聚(ju)合物電(dian)池組調節電(dian)池充(chong)電(dian)電(dian)壓和電(dian)流。
當從AC適配器或USB口充電時(shi)，高達300mA的電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)電(dian)流可通(tong)(tong)過一(yi)(yi)個(ge)外部(bu)電(dian)阻進行設置。電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態被不間(jian)斷(duan)地監測，一(yi)(yi)旦錯誤情(qing)況(如過壓、短路或過熱(re))發生(sheng)，該器(qi)件將自動(dong)關斷(duan)，從而保護充(chong)電(dian)設備、控制系統和處(chu)于(yu)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態的電(dian)池(chi)。AAT3681A提供一(yi)(yi)個(ge)狀(zhuang)態監測輸(shu)出腳，它通(tong)(tong)過直接(jie)驅動(dong)一(yi)(yi)個(ge)外部(bu)LED來指示電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態。
AAT3681A采(cai)用節省空間的8腳無鉛耐熱SC70JW封裝，占板面積只有2.0×2.1mm，工作溫(wen)度(du)范圍為-40℃到+85℃。
最近發布的AAT3681A是一個單節(jie)電(dian)池充電(dian)器，它(ta)適合很(hen)多的應用，包括：1)藍牙耳機(ji)；2)DECT耳機(ji)；3)數(shu)碼(ma)相機(ji)；4)MP3便(bian)攜式音樂(le)播(bo)放機(ji)、PMP；5)腕表；6)其它(ta)鋰(li)離子(zi)/聚合物電(dian)池供電(dian)設備(bei)。
盡管該器(qi)件的(de)設計目(mu)的(de)是(shi)(shi)為了(le)讓充(chong)電(dian)器(qi)的(de)設計變得非(fei)常快(kuai)速(su)、簡單和容(rong)易(yi)，但(dan)它(ta)集(ji)成(cheng)了(le)很多特性來(lai)幫助優化電(dian)池充(chong)電(dian)性能(neng)和PCB布板面積。下面是(shi)(shi)這些(xie)特性和功能(neng)的(de)一部分：1)USB或AC適配器(qi)系統電(dian)池充(chong)電(dian)器(qi)；2)15mA到(dao)300mA的(de)可編程充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)；3)4.0V到(dao)7.5V的(de)輸入(ru)電(dian)壓(ya)(ya)范圍；4)與內部充(chong)電(dian)器(qi)件的(de)高度集(ji)成(cheng)；5)反向阻塞二極(ji)管；6)自(zi)動(dong)電(dian)流(liu)感應；7)自(zi)動(dong)再(zai)充(chong)定序(xu)；8)充(chong)滿電(dian)自(zi)動(dong)關斷/睡(shui)眠模式/充(chong)電(dian)終結；9)關機電(dian)流(liu)小于1uA；10)電(dian)池預(yu)充(chong)、過壓(ya)(ya)和緊急過熱(re)保(bao)護狀態(tai)下的(de)自(zi)動(dong)涓流(liu)充(chong)電(dian)；11)上電(dian)復(fu)位和軟啟動(dong)；12)LED狀態(tai)引腳；13)8腳2.0×2.1mm SC70JW封裝(zhuang)。
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) 典型應用框圖；(b) 功能框圖和引腳排列。
該器(qi)件的(de)(de)(de)額定(ding)工(gong)作(zuo)溫(wen)度范圍為-40℃到(dao)+85℃。在某一給定(ding)的(de)(de)(de)恒流充電水平(ping)下，當工(gong)作(zuo)環境(jing)溫(wen)度超出了(le)該器(qi)件封(feng)裝的(de)(de)(de)功耗能(neng)力時，其(qi)充電控(kong)制將進入熱(re)限(xian)制狀態。
該器件提供一個狀態監測(ce)輸出引腳，它可直接驅動一個外部LED來指示(shi)電池充(chong)電狀態。器件結溫和充(chong)電狀態被充(chong)分監測(ce)，以(yi)防錯誤狀況發生。
AAT3681A實(shi)現了(le)一個完(wan)整的保護系統(tong)。在過壓或(huo)過溫錯誤狀態(tai)發生時，該器(qi)件將自(zi)動關斷(duan)，以(yi)保護充電設備、控制系統(tong)和(he)充電狀態(tai)下(xia)的電池。
充電操作
AAT3681A具有針(zhen)對(dui)整個電(dian)池充電(dian)周期的四(si)種基本充電(dian)模式：預充/涓流充電(dian)、恒流/快速充電(dian)、恒壓充電(dian)和充電(dian)終結。
電池預充
在充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)開始前，為(wei)了確保一(yi)個安全的充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)環境，AAT3681A會檢(jian)查(cha)(cha)幾(ji)個條件(jian)。輸入電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源必須超(chao)過(guo)最小工作電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)或欠壓(ya)鎖定閾(yu)值，才能啟動充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)順序。當這(zhe)些條件(jian)都(dou)已得到(dao)滿足且電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池連接到(dao)BAT引腳，AAT3681A就檢(jian)查(cha)(cha)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池的狀態。如(ru)果電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)低于預充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)閾(yu)值，充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)控制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路就開始對電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池進(jin)行預充(chong)(chong)(chong)。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池預充(chong)(chong)(chong)涓流充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流是快速充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)恒流的十分之一(yi)。
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(zai)(zai)恒(heng)流(liu)快速充電(dian)(dian)(dian)階段(duan)，當電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓(ya)到達(da)輸(shu)出充電(dian)(dian)(dian)調節閾(yu)值時，系統就進入恒(heng)壓(ya)充電(dian)(dian)(dian)模(mo)式(shi)。調節電(dian)(dian)(dian)壓(ya)水平在(zai)(zai)出廠時設(she)置為4.2V(±0.5%)。恒(heng)壓(ya)模(mo)式(shi)下(xia)的充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)掉下(xia)來，因為充電(dian)(dian)(dian)中的電(dian)(dian)(dian)池單元快到達(da)其(qi)最大容量。
充電周期終結(jie)和(he)再充電順序(xu)
在恒壓模式下，當充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)掉到(dao)快速充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)的10%時(shi)，該(gai)器件就終止充電(dian)(dian)，并進入睡眠狀(zhuang)態。充電(dian)(dian)器將(jiang)保持睡眠狀(zhuang)態，直(zhi)到(dao)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓降到(dao)電(dian)(dian)池再充電(dian)(dian)壓閾值以下。
由于(yu)在睡(shui)眠狀(zhuang)態(tai)下(xia)消耗(hao)非常低的電(dian)(dian)流，因此AAT3681A在不(bu)充電(dian)(dian)時可將電(dian)(dian)池泄(xie)露降(jiang)(jiang)到最低。這一(yi)特(te)性對這樣一(yi)些應用(yong)來說特(te)別有用(yong)，其(qi)輸入電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)水(shui)(shui)平(ping)可能低于(yu)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)池水(shui)(shui)平(ping)或(huo)欠壓鎖定水(shui)(shui)平(ping)。在這些情況下(xia)，當AAT3681A輸入電(dian)(dian)壓下(xia)降(jiang)(jiang)時，該器件將進入睡(shui)眠狀(zhuang)態(tai)，一(yi)旦輸入電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)從錯(cuo)誤狀(zhuang)態(tai)下(xia)恢(hui)復過來，它再自動恢(hui)復充電(dian)(dian)。
散熱考慮
AAT3681A采用(yong)SC70JW-8封裝，它能夠散發高(gao)達687mW的功率，當(dang)它被正確地安(an)裝在PCB板(ban)上時，并具有(you)最大160℃/W的熱(re)阻。在設(she)計PCB和(he)安(an)排該充電(dian)器(qi)(qi)IC與某一特(te)定應(ying)用(yong)設(she)計中的其(qi)它散熱(re)器(qi)(qi)件的位置(zhi)時，有(you)許多因素(su)應(ying)當(dang)加以(yi)考慮。
該充電器IC的(de)環(huan)境溫(wen)度也將對電(dian)池充電(dian)應用的(de)熱限(xian)制(zhi)有影響。在某一特定環(huan)境條件下(xia)(xia)，可以(yi)期望的(de)最大(da)限(xian)制(zhi)可通過以(yi)下(xia)(xia)討(tao)論估(gu)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(da)功耗(hao)(W)
θJA = 封裝(zhuang)熱阻(℃/W)
TJ(MAX) = 最大(da)器件結(jie)溫(wen)(℃) [135℃]
TA = 環境(jing)溫度(du)(℃)
其次，功耗可通過下式計算出來：
其中：
PD = 器件的(de)總功耗(hao)
VIN = 輸入電壓
VBAT = BAT引(yin)腳上的電(dian)池電(dian)壓
ICH = 針對某(mou)應用編程的(de)恒定充電電流(liu)
IOP = 在(zai)正(zheng)常工(gong)作狀態下(xia)充(chong)電(dian)(dian)器IC消(xiao)耗的靜(jing)態電(dian)(dian)流(liu)[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，最壞的情況是充電(dian)(dian)器IC上的最大電(dian)(dian)壓(ya)降，此時，電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)被充電(dian)(dian)到預充電(dian)(dian)壓(ya)閾值。
保護(hu)電路；過壓保護(hu)
一個過壓(ya)(ya)(ya)事件的(de)定義(yi)為：BAT引腳上的(de)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)超過最大電(dian)池充電(dian)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)，并(bing)被設定在過壓(ya)(ya)(ya)保護(hu)閾值。如(ru)果一個過壓(ya)(ya)(ya)事件發生，AAT3681A充電(dian)控制電(dian)路將關斷該器件，直到BAT引腳上的(de)電(dian)壓(ya)(ya)(ya)掉到OVP電(dian)壓(ya)(ya)(ya)水平(ping)以下。AAT3681A在過壓(ya)(ya)(ya)狀態消(xiao)除后，再(zai)恢復正(zheng)常的(de)充電(dian)操作(zuo)。
保護電(dian)路；過熱關斷
AAT3681A有一(yi)(yi)個熱(re)保護控制電(dian)路，一(yi)(yi)旦內部裸片溫(wen)度(du)超(chao)過(guo)預置(zhi)的(de)熱(re)限(xian)制閾值，它就關斷充(chong)電(dian)功能。一(yi)(yi)旦內部裸片溫(wen)度(du)掉到熱(re)限(xian)制以(yi)下，就自動恢復(fu)到以(yi)前的(de)正(zheng)常充(chong)電(dian)狀態。
充電電流的可編程性
用戶可(ke)借助一個放在ISET引腳與地之間的(de)(de)設(she)(she)置電(dian)阻(zu)編程設(she)(she)定恒(heng)流(liu)(liu)充(chong)電(dian)水平(ping)。快速充(chong)電(dian)精度和(he)預充(chong)涓(juan)流(liu)(liu)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)(liu)，由使用的(de)(de)設(she)(she)置電(dian)阻(zu)的(de)(de)容差決定。因此，推薦(jian)采用1%容差的(de)(de)金屬薄膜(mo)電(dian)阻(zu)。快速充(chong)電(dian)恒(heng)流(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)范圍從15mA到300mA。
AAT3681A可以(yi)即插即用方式提(ti)供電池充電器(qi)全(quan)部功(gong)能。它(ta)只(zhi)需要一個(ge)外部元件就可以(yi)進(jin)行全(quan)部操作。該(gai)器(qi)件可提(ti)供極出的性(xing)價比。2mm×2.1mm的小占板(ban)面積(ji)可節(jie)省PCB空間。該(gai)器(qi)件適合各種不(bu)同應用，從藍(lan)牙耳機、MP3播放器(qi)到(dao)腕表。AAT3681A是(shi)AnalogicTech公(gong)司不(bu)同復雜度和類別產品大家庭(ting)的最新成員(yuan)。