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(ji)(ji)師能夠得(de)到(dao)的(de)最理想器件，它可以幫助(zhu)設(she)計(ji)(ji)師節省設(she)計(ji)(ji)和PCB布板時間，也有助(zhu)于(yu)將產品快速推向(xiang)市(shi)場。
AnalogicTech可提供專為便攜式和手持式電池供電應(ying)用(yong)設(she)計的(de)(de)大量電源轉(zhuan)換(huan)解(jie)決方案。一個(ge)成功(gong)設(she)計的(de)(de)最重要(yao)特征之一是，器件與目(mu)標應(ying)用(yong)之間的(de)(de)匹配是非常完(wan)美的(de)(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(zhu)要目標上(shang)，而不是電(dian)池(chi)充電(dian)器設計的(de)非常深入的(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(she)計用于從一個(ge)DC電(dian)源或USB口進(jin)行充電(dian)，輸入電(dian)壓可(ke)高達7.5V。它(ta)只需要(yao)一個(ge)外部(bu)元(yuan)件就能實現全部(bu)的功能。AAT3681A可(ke)精確(que)地為4.2V(或4.375V)鋰離子(zi)/聚合(he)物電(dian)池組調節電(dian)池充電(dian)電(dian)壓和電(dian)流。
當從AC適配器或USB口充電時，高達300mA的電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)可通過一個外部(bu)電(dian)阻進(jin)行設置。電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)(tai)被(bei)不間斷(duan)地(di)監(jian)測，一旦(dan)錯誤情況(如過壓、短路或(huo)過熱(re))發生(sheng)，該器件將自動(dong)關斷(duan)，從而保(bao)護充(chong)電(dian)設備、控制(zhi)系統(tong)和處(chu)于充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)(tai)的電(dian)池(chi)。AAT3681A提供一個狀(zhuang)態(tai)(tai)監(jian)測輸(shu)出(chu)腳(jiao)，它通過直接驅動(dong)一個外部(bu)LED來指示電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)(tai)。
AAT3681A采用(yong)節省(sheng)空間的8腳無鉛耐熱SC70JW封裝(zhuang)，占板面(mian)積只有(you)2.0×2.1mm，工(gong)作(zuo)溫度范圍(wei)為(wei)-40℃到+85℃。
最(zui)近發布的(de)AAT3681A是一個單節(jie)電(dian)池充電(dian)器，它適合很多的(de)應用，包括：1)藍牙耳機；2)DECT耳機；3)數(shu)碼相機；4)MP3便攜式(shi)音樂播放(fang)機、PMP；5)腕(wan)表；6)其它鋰離子/聚(ju)合物電(dian)池供電(dian)設備。
盡(jin)管(guan)該器(qi)件(jian)的(de)(de)設計(ji)(ji)目的(de)(de)是為了讓充(chong)電(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)設計(ji)(ji)變得非常(chang)快速、簡單和(he)容易，但它集(ji)成了很多特性來幫助優(you)化電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)性能和(he)PCB布(bu)板面積。下面是這(zhe)些特性和(he)功(gong)能的(de)(de)一部分：1)USB或AC適配器(qi)系統電(dian)(dian)池(chi)充(chong)電(dian)(dian)器(qi)；2)15mA到300mA的(de)(de)可編(bian)程充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)(liu)；3)4.0V到7.5V的(de)(de)輸入電(dian)(dian)壓(ya)范圍(wei)；4)與(yu)內部充(chong)電(dian)(dian)器(qi)件(jian)的(de)(de)高度集(ji)成；5)反向阻塞二極(ji)管(guan)；6)自(zi)(zi)動(dong)電(dian)(dian)流(liu)(liu)感應；7)自(zi)(zi)動(dong)再(zai)充(chong)定序；8)充(chong)滿電(dian)(dian)自(zi)(zi)動(dong)關(guan)斷(duan)/睡眠模式(shi)/充(chong)電(dian)(dian)終結；9)關(guan)機(ji)電(dian)(dian)流(liu)(liu)小于1uA；10)電(dian)(dian)池(chi)預充(chong)、過壓(ya)和(he)緊急過熱保護(hu)狀態(tai)下的(de)(de)自(zi)(zi)動(dong)涓流(liu)(liu)充(chong)電(dian)(dian)；11)上電(dian)(dian)復(fu)位和(he)軟啟(qi)動(dong)；12)LED狀態(tai)引腳；13)8腳2.0×2.1mm SC70JW封(feng)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) 典型應(ying)用框圖；(b) 功(gong)能框圖和引腳排列。
該器件的(de)額定工(gong)作溫(wen)度范圍為-40℃到+85℃。在(zai)某(mou)一(yi)給定的(de)恒流充電水平下，當工(gong)作環境溫(wen)度超出了(le)該器件封裝的(de)功耗能力時，其充電控制將進入熱限(xian)制狀態。
該(gai)器(qi)件提(ti)供一(yi)個狀態監(jian)測輸出引(yin)腳，它可直接驅動一(yi)個外部LED來指(zhi)示電池充(chong)電狀態。器(qi)件結溫和(he)充(chong)電狀態被充(chong)分監(jian)測，以防(fang)錯(cuo)誤狀況(kuang)發生(sheng)。
AAT3681A實現(xian)了一個完整的保(bao)護系(xi)統。在過壓或過溫錯(cuo)誤(wu)狀(zhuang)態發生時，該器件將自動關斷，以保(bao)護充(chong)電設(she)備、控制系(xi)統和充(chong)電狀(zhuang)態下的電池(chi)。
充電操作
AAT3681A具有針對整個電池(chi)充(chong)(chong)(chong)電周期的(de)四種基本充(chong)(chong)(chong)電模式：預充(chong)(chong)(chong)/涓流充(chong)(chong)(chong)電、恒(heng)流/快速充(chong)(chong)(chong)電、恒(heng)壓充(chong)(chong)(chong)電和充(chong)(chong)(chong)電終結。
電池預充
在充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)開(kai)(kai)始前，為了確(que)保一個安全的充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)環境，AAT3681A會(hui)檢查(cha)幾(ji)個條(tiao)件。輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)源必須超過最小工作電(dian)(dian)(dian)壓或欠壓鎖定閾值，才能啟動(dong)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)順序(xu)。當(dang)這些條(tiao)件都(dou)已得到(dao)滿(man)足且電(dian)(dian)(dian)池(chi)連接到(dao)BAT引腳，AAT3681A就檢查(cha)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的狀態。如果電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓低于預(yu)(yu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)壓閾值，充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)控制電(dian)(dian)(dian)路就開(kai)(kai)始對(dui)電(dian)(dian)(dian)池(chi)進(jin)行預(yu)(yu)充(chong)(chong)。電(dian)(dian)(dian)池(chi)預(yu)(yu)充(chong)(chong)涓流充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流是快速充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)恒流的十分之一。
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(zai)恒(heng)流(liu)快速充電(dian)(dian)(dian)(dian)階段，當(dang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)到達(da)輸出(chu)充電(dian)(dian)(dian)(dian)調節(jie)閾值(zhi)時，系統就進入恒(heng)壓(ya)(ya)充電(dian)(dian)(dian)(dian)模式(shi)(shi)。調節(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)水平(ping)在(zai)出(chu)廠(chang)時設(she)置為4.2V(±0.5%)。恒(heng)壓(ya)(ya)模式(shi)(shi)下的充電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)掉下來，因(yin)為充電(dian)(dian)(dian)(dian)中的電(dian)(dian)(dian)(dian)池單元快到達(da)其最大容量。
充(chong)電周期終結和再(zai)充(chong)電順(shun)序
在(zai)恒壓模(mo)式下，當充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流掉到快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流的10%時，該(gai)器(qi)件就終止(zhi)充(chong)電(dian)(dian)(dian)，并進入睡眠(mian)狀(zhuang)態(tai)。充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)將保持睡眠(mian)狀(zhuang)態(tai)，直到電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓降到電(dian)(dian)(dian)池再充(chong)電(dian)(dian)(dian)壓閾值以下。
由于(yu)在(zai)睡(shui)眠(mian)狀(zhuang)態下(xia)消耗非常低的電流，因此(ci)AAT3681A在(zai)不充電時可將(jiang)電池泄(xie)露(lu)降到最低。這(zhe)一特(te)性對這(zhe)樣一些應用(yong)(yong)來說(shuo)特(te)別有(you)用(yong)(yong)，其輸入(ru)電源水(shui)平可能低于(yu)充電電池水(shui)平或欠(qian)壓鎖定水(shui)平。在(zai)這(zhe)些情況(kuang)下(xia)，當AAT3681A輸入(ru)電壓下(xia)降時，該(gai)器(qi)件將(jiang)進入(ru)睡(shui)眠(mian)狀(zhuang)態，一旦輸入(ru)電源從錯誤狀(zhuang)態下(xia)恢復過來，它(ta)再自動(dong)恢復充電。
散熱考慮
AAT3681A采用SC70JW-8封裝，它能夠(gou)散(san)發高(gao)達(da)687mW的(de)功率，當(dang)它被正確地安裝在PCB板上時，并具有最大160℃/W的(de)熱(re)阻。在設計(ji)PCB和安排該充電器IC與某(mou)一特定應用設計(ji)中的(de)其(qi)它散(san)熱(re)器件(jian)的(de)位置時，有許多因素應當(dang)加以考慮(lv)。
該充電器IC的(de)環境(jing)(jing)溫度也將(jiang)對(dui)電池充電應用的(de)熱限制(zhi)有(you)影響。在某(mou)一特定環境(jing)(jing)條(tiao)件下，可以期(qi)望的(de)最大(da)限制(zhi)可通過以下討(tao)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(da)功耗(W)
θJA = 封裝熱(re)阻(℃/W)
TJ(MAX) = 最大器件(jian)結溫(wen)(℃) [135℃]
TA = 環境溫度(℃)
其次，功耗可通過下式計算出來：
其中：
PD = 器件的總功耗(hao)
VIN = 輸入(ru)電壓
VBAT = BAT引腳上的電(dian)池電(dian)壓
ICH = 針對某應用(yong)編程的(de)恒定充電電流
IOP = 在正常工(gong)作狀態下充電(dian)器IC消耗的(de)靜態電(dian)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(zhi)，最(zui)壞的情況是(shi)充(chong)電器IC上(shang)的最(zui)大電壓降(jiang)，此(ci)時，電池電壓被充(chong)電到預充(chong)電壓閾值。
保護電路；過壓保護
一個過(guo)壓(ya)(ya)事件(jian)的(de)定義為：BAT引腳上的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)超(chao)過(guo)最大(da)電(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)，并被設定在過(guo)壓(ya)(ya)保護閾值。如果一個過(guo)壓(ya)(ya)事件(jian)發生(sheng)，AAT3681A充(chong)電(dian)(dian)控制電(dian)(dian)路(lu)將關(guan)斷該器件(jian)，直到BAT引腳上的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)掉到OVP電(dian)(dian)壓(ya)(ya)水平以下。AAT3681A在過(guo)壓(ya)(ya)狀(zhuang)態消除后，再恢復正(zheng)常的(de)充(chong)電(dian)(dian)操作。
保護(hu)電路；過熱關斷(duan)
AAT3681A有一個熱(re)(re)保(bao)護控制(zhi)電路，一旦內部裸片溫度超過(guo)預置(zhi)的熱(re)(re)限制(zhi)閾值(zhi)，它就關斷充電功能。一旦內部裸片溫度掉到熱(re)(re)限制(zhi)以(yi)下(xia)，就自動恢復到以(yi)前的正常充電狀態。
充電電流的可編程性
用(yong)戶可借(jie)助一個放(fang)在ISET引(yin)腳與(yu)地之間的設置電(dian)(dian)阻(zu)(zu)編程(cheng)設定恒流(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)水平。快(kuai)速(su)充(chong)(chong)電(dian)(dian)精度和預充(chong)(chong)涓流(liu)充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)，由使(shi)用(yong)的設置電(dian)(dian)阻(zu)(zu)的容差決定。因此，推(tui)薦采用(yong)1%容差的金屬薄膜電(dian)(dian)阻(zu)(zu)。快(kuai)速(su)充(chong)(chong)電(dian)(dian)恒流(liu)電(dian)(dian)流(liu)范(fan)圍從(cong)15mA到300mA。
AAT3681A可(ke)以即(ji)插即(ji)用(yong)方(fang)式提供(gong)電池充電器(qi)全(quan)部(bu)功能。它只(zhi)需要一個外(wai)部(bu)元件(jian)就可(ke)以進(jin)行全(quan)部(bu)操作(zuo)。該(gai)器(qi)件(jian)可(ke)提供(gong)極出的性價(jia)比。2mm×2.1mm的小占板面積可(ke)節(jie)省(sheng)PCB空(kong)間。該(gai)器(qi)件(jian)適合各種不同應用(yong)，從藍牙耳機(ji)、MP3播放器(qi)到腕表(biao)。AAT3681A是AnalogicTech公司不同復雜度(du)和類(lei)別(bie)產品(pin)大家庭的最新成(cheng)員。