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)(she)(she)計師(shi)能夠(gou)得到的最理想器件，它可(ke)以幫助(zhu)設(she)(she)(she)計師(shi)節省設(she)(she)(she)計和PCB布板時間(jian)，也有助(zhu)于將產(chan)品快速(su)推向市場(chang)。
AnalogicTech可提供專為便攜式和手持式電池供電應(ying)用(yong)設(she)(she)計的(de)(de)大(da)量電源(yuan)轉(zhuan)換解決方案。一個(ge)成功設(she)(she)計的(de)(de)最(zui)重要(yao)特(te)征之(zhi)一是，器(qi)件與目標應(ying)用(yong)之(zhi)間的(de)(de)匹配是非常完美的(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(yao)目標上，而不是電(dian)池充電(dian)器(qi)設(she)計(ji)的(de)非常深入的(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(yong)于從一(yi)個(ge)DC電(dian)(dian)(dian)源或(huo)USB口進行充電(dian)(dian)(dian)，輸入電(dian)(dian)(dian)壓可(ke)高達(da)7.5V。它只需要一(yi)個(ge)外部(bu)元件(jian)就(jiu)能實現(xian)全部(bu)的功能。AAT3681A可(ke)精確(que)地為4.2V(或(huo)4.375V)鋰(li)離子/聚合物(wu)電(dian)(dian)(dian)池組(zu)調(diao)節電(dian)(dian)(dian)池充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓和(he)電(dian)(dian)(dian)流。
當從AC適配器或USB口充電時(shi)，高達300mA的(de)(de)電池充(chong)電電流可通過(guo)一個外(wai)部(bu)(bu)電阻進(jin)行設置。電池充(chong)電狀(zhuang)態(tai)(tai)被不間(jian)斷地監(jian)測(ce)，一旦(dan)錯誤情況(如過(guo)壓、短路或過(guo)熱)發生，該器件將自動關斷，從(cong)而保護充(chong)電設備、控(kong)制系統和處于充(chong)電狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)(de)電池。AAT3681A提供一個狀(zhuang)態(tai)(tai)監(jian)測(ce)輸出(chu)腳，它(ta)通過(guo)直接驅動一個外(wai)部(bu)(bu)LED來(lai)指示電池充(chong)電狀(zhuang)態(tai)(tai)。
AAT3681A采用(yong)節(jie)省(sheng)空間的8腳無鉛耐熱SC70JW封(feng)裝，占板面積(ji)只有(you)2.0×2.1mm，工作溫(wen)度范圍為-40℃到+85℃。
最近發布的(de)AAT3681A是一個單節電(dian)池(chi)充電(dian)器，它適合很(hen)多的(de)應(ying)用(yong)，包括：1)藍牙耳機(ji)；2)DECT耳機(ji)；3)數碼相機(ji)；4)MP3便攜式(shi)音(yin)樂播放機(ji)、PMP；5)腕表；6)其它鋰離子/聚合物電(dian)池(chi)供電(dian)設備。
盡管(guan)該器件(jian)的(de)(de)(de)設計目的(de)(de)(de)是為了讓充(chong)(chong)電(dian)(dian)器的(de)(de)(de)設計變(bian)得非常快速、簡(jian)單(dan)和(he)容易，但它集(ji)成(cheng)(cheng)了很(hen)多特性(xing)來幫助優(you)化(hua)電(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)性(xing)能和(he)PCB布(bu)板面積。下面是這些(xie)特性(xing)和(he)功(gong)能的(de)(de)(de)一部分：1)USB或AC適配器系統電(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)電(dian)(dian)器；2)15mA到(dao)300mA的(de)(de)(de)可編程充(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流；3)4.0V到(dao)7.5V的(de)(de)(de)輸入(ru)電(dian)(dian)壓范(fan)圍(wei)；4)與(yu)內部充(chong)(chong)電(dian)(dian)器件(jian)的(de)(de)(de)高度集(ji)成(cheng)(cheng)；5)反向阻塞二(er)極管(guan)；6)自(zi)動(dong)(dong)電(dian)(dian)流感(gan)應；7)自(zi)動(dong)(dong)再充(chong)(chong)定序；8)充(chong)(chong)滿電(dian)(dian)自(zi)動(dong)(dong)關斷/睡眠模式/充(chong)(chong)電(dian)(dian)終(zhong)結(jie)；9)關機電(dian)(dian)流小(xiao)于1uA；10)電(dian)(dian)池(chi)預充(chong)(chong)、過壓和(he)緊急過熱保護(hu)狀態下的(de)(de)(de)自(zi)動(dong)(dong)涓流充(chong)(chong)電(dian)(dian)；11)上電(dian)(dian)復(fu)位和(he)軟(ruan)啟動(dong)(dong)；12)LED狀態引腳；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) 典型(xing)應用框(kuang)圖；(b) 功能框(kuang)圖和引腳排列。
該器件(jian)的額(e)定工作溫度(du)范圍為-40℃到+85℃。在某一給定的恒流充(chong)電(dian)水平(ping)下，當(dang)工作環境溫度(du)超(chao)出了該器件(jian)封裝的功耗(hao)能(neng)力時，其充(chong)電(dian)控制將進入熱限制狀態。
該器件(jian)提供一(yi)個狀態(tai)監(jian)測輸出引腳，它(ta)可(ke)直接驅動一(yi)個外部LED來指(zhi)示電池充電狀態(tai)。器件(jian)結溫和充電狀態(tai)被充分監(jian)測，以防錯誤(wu)狀況發生。
AAT3681A實現了一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的保護系統。在過(guo)壓或過(guo)溫錯誤(wu)狀(zhuang)態(tai)(tai)發生時，該器件將自(zi)動關斷，以保護充電(dian)設備、控制系統和充電(dian)狀(zhuang)態(tai)(tai)下的電(dian)池。
充電操作
AAT3681A具有(you)針對(dui)整個(ge)電(dian)(dian)池(chi)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)周期的(de)四種基(ji)本充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)模(mo)式：預充(chong)(chong)(chong)/涓流充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)、恒流/快速充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)、恒壓充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)和充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)終結。
電池預充
在充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)開始前，為了確保一(yi)個(ge)安全的(de)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)環(huan)境(jing)，AAT3681A會(hui)檢查(cha)(cha)幾(ji)個(ge)條(tiao)件(jian)。輸入電(dian)(dian)(dian)(dian)源必須超過(guo)最(zui)小工(gong)作電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)或欠壓(ya)鎖定(ding)閾(yu)值，才能啟動充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)順(shun)序。當這些條(tiao)件(jian)都已得到(dao)滿(man)足且電(dian)(dian)(dian)(dian)池連接到(dao)BAT引腳，AAT3681A就(jiu)檢查(cha)(cha)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)狀態(tai)。如果電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)低于預充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)閾(yu)值，充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)控制電(dian)(dian)(dian)(dian)路就(jiu)開始對電(dian)(dian)(dian)(dian)池進行預充(chong)。電(dian)(dian)(dian)(dian)池預充(chong)涓流充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流是快速充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)恒流的(de)十分(fen)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)恒(heng)(heng)流快速充電(dian)(dian)(dian)階(jie)段，當電(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)壓到達輸出充電(dian)(dian)(dian)調(diao)節閾值時(shi)，系(xi)統就進入恒(heng)(heng)壓充電(dian)(dian)(dian)模式。調(diao)節電(dian)(dian)(dian)壓水平在(zai)出廠時(shi)設置為(wei)4.2V(±0.5%)。恒(heng)(heng)壓模式下的充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流掉下來，因為(wei)充電(dian)(dian)(dian)中(zhong)的電(dian)(dian)(dian)池單(dan)元快到達其最大容量。
充(chong)電(dian)(dian)周期終結和再充(chong)電(dian)(dian)順序
在恒壓(ya)模式下(xia)，當充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流掉到快速(su)充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流的10%時，該器(qi)件(jian)就終(zhong)止充電(dian)(dian)(dian)，并進(jin)入睡(shui)眠狀態。充電(dian)(dian)(dian)器(qi)將保持(chi)睡(shui)眠狀態，直到電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)降到電(dian)(dian)(dian)池(chi)再充電(dian)(dian)(dian)壓(ya)閾值以下(xia)。
由于在睡(shui)眠(mian)狀態(tai)(tai)下消耗(hao)非常低(di)的電(dian)(dian)流，因此AAT3681A在不充(chong)電(dian)(dian)時可(ke)(ke)將電(dian)(dian)池(chi)泄露降到(dao)最低(di)。這(zhe)(zhe)一特性對這(zhe)(zhe)樣一些應用(yong)來(lai)說特別有用(yong)，其(qi)輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)(dian)源(yuan)水(shui)(shui)平(ping)可(ke)(ke)能(neng)低(di)于充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)池(chi)水(shui)(shui)平(ping)或欠壓鎖定水(shui)(shui)平(ping)。在這(zhe)(zhe)些情況(kuang)下，當AAT3681A輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)(dian)壓下降時，該器件將進入(ru)(ru)睡(shui)眠(mian)狀態(tai)(tai)，一旦輸(shu)入(ru)(ru)電(dian)(dian)源(yuan)從錯誤狀態(tai)(tai)下恢(hui)復過來(lai)，它再自動(dong)恢(hui)復充(chong)電(dian)(dian)。
散熱考慮
AAT3681A采用SC70JW-8封裝，它(ta)(ta)能夠散(san)發高達687mW的功(gong)率，當它(ta)(ta)被正確地安裝在(zai)PCB板上時，并(bing)具有最(zui)大160℃/W的熱(re)阻。在(zai)設計(ji)PCB和安排該充電(dian)器(qi)IC與(yu)某(mou)一特定應(ying)用設計(ji)中(zhong)的其它(ta)(ta)散(san)熱(re)器(qi)件的位置時，有許(xu)多因素應(ying)當加(jia)以(yi)考慮。
該充電器IC的環境溫度也將對(dui)電池充電應用(yong)的熱限制有影響。在某一特定環境條件下，可(ke)以期望的最大限制可(ke)通過(guo)以下討論估計出來。
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(℃) [135℃]
TA = 環境溫度(℃)
其次，功耗可通過下式計算出來：
其中：
PD = 器件(jian)的總功耗
VIN = 輸入(ru)電壓
VBAT = BAT引腳上的電(dian)池電(dian)壓
ICH = 針對某應(ying)用編(bian)程的(de)恒(heng)定充電電流
IOP = 在正常工作狀態(tai)下充(chong)電器(qi)IC消耗的靜態(tai)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，最壞的情況是充(chong)電(dian)器IC上的最大電(dian)壓(ya)降，此時，電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)被充(chong)電(dian)到預充(chong)電(dian)壓(ya)閾值(zhi)。
保(bao)護電路；過壓保(bao)護
一(yi)個(ge)過(guo)壓(ya)事件(jian)的(de)定義為：BAT引(yin)腳上的(de)電(dian)(dian)壓(ya)超過(guo)最大電(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)，并被設定在(zai)過(guo)壓(ya)保(bao)護閾值。如果一(yi)個(ge)過(guo)壓(ya)事件(jian)發生，AAT3681A充(chong)電(dian)(dian)控(kong)制電(dian)(dian)路將關(guan)斷該器件(jian)，直到(dao)BAT引(yin)腳上的(de)電(dian)(dian)壓(ya)掉到(dao)OVP電(dian)(dian)壓(ya)水(shui)平以下。AAT3681A在(zai)過(guo)壓(ya)狀態消除后，再(zai)恢復正常的(de)充(chong)電(dian)(dian)操作。
保(bao)護電路；過(guo)熱關(guan)斷
AAT3681A有一個(ge)熱保護(hu)控制電(dian)路(lu)，一旦內部(bu)裸片溫度(du)超(chao)過(guo)預置的(de)熱限(xian)制閾值，它就關斷充電(dian)功能。一旦內部(bu)裸片溫度(du)掉到熱限(xian)制以下(xia)，就自動恢復到以前(qian)的(de)正常充電(dian)狀態(tai)。
充電電流的可編程性
用(yong)戶可(ke)借助(zhu)一個放在(zai)ISET引腳(jiao)與地之間(jian)的(de)(de)設(she)置電(dian)(dian)阻(zu)(zu)編程設(she)定恒流充電(dian)(dian)水(shui)平(ping)。快(kuai)速充電(dian)(dian)精度和預充涓流充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，由使用(yong)的(de)(de)設(she)置電(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)容差決(jue)定。因(yin)此，推薦采用(yong)1%容差的(de)(de)金屬薄膜電(dian)(dian)阻(zu)(zu)。快(kuai)速充電(dian)(dian)恒流電(dian)(dian)流范圍(wei)從(cong)15mA到300mA。
AAT3681A可以即插即用方式提供(gong)電池充電器全部(bu)(bu)功能。它只需要(yao)一個外部(bu)(bu)元件(jian)就可以進(jin)行全部(bu)(bu)操作。該(gai)器件(jian)可提供(gong)極出的(de)性(xing)價比(bi)。2mm×2.1mm的(de)小(xiao)占板面(mian)積可節省(sheng)PCB空(kong)間。該(gai)器件(jian)適合各(ge)種不(bu)同(tong)應用，從藍(lan)牙(ya)耳機(ji)、MP3播(bo)放器到腕表。AAT3681A是AnalogicTech公司不(bu)同(tong)復雜(za)度(du)和類別產品大家庭(ting)的(de)最新成(cheng)員。