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)計師(shi)能夠得到的最理想(xiang)器件(jian)，它可以幫(bang)助(zhu)設(she)(she)計師(shi)節省設(she)(she)計和PCB布板時(shi)間，也(ye)有助(zhu)于將產品快速推向(xiang)市(shi)場(chang)。
AnalogicTech可提供專為便攜式和手持式電池供電應(ying)用設計(ji)的(de)大量(liang)電源轉(zhuan)換解決方(fang)案。一個成功(gong)設計(ji)的(de)最重(zhong)要特征之一是(shi)，器件與目標應(ying)用之間(jian)的(de)匹配是(shi)非常完美(mei)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)(de)主要目(mu)標上，而不(bu)是電池充電器設計(ji)的(de)(de)非常深入的(de)(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，設計用于從(cong)一個(ge)DC電(dian)(dian)源或USB口進行(xing)充電(dian)(dian)，輸入電(dian)(dian)壓可高達7.5V。它只(zhi)需要一個(ge)外部元(yuan)件就能實現全部的(de)功能。AAT3681A可精(jing)確(que)地(di)為4.2V(或4.375V)鋰(li)離(li)子/聚合物電(dian)(dian)池(chi)組調節電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓和電(dian)(dian)流。
當從AC適配器或USB口充電時，高達300mA的電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流可通(tong)過(guo)一(yi)個外部電(dian)(dian)阻進行設置。電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)被不間斷(duan)(duan)地(di)監測，一(yi)旦錯誤情(qing)況(如(ru)過(guo)壓(ya)、短路或過(guo)熱)發生，該器件將自(zi)動關斷(duan)(duan)，從而保護充電(dian)(dian)設備、控制(zhi)系統和處于充電(dian)(dian)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)的電(dian)(dian)池。AAT3681A提供一(yi)個狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)監測輸出腳，它(ta)通(tong)過(guo)直接驅動一(yi)個外部LED來(lai)指示(shi)電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)(tai)。
AAT3681A采用節(jie)省空間(jian)的8腳(jiao)無鉛(qian)耐(nai)熱SC70JW封裝(zhuang)，占板面積只有2.0×2.1mm，工作溫(wen)度范圍為-40℃到+85℃。
最近(jin)發(fa)布(bu)的AAT3681A是(shi)一個單節電(dian)池充(chong)電(dian)器(qi)，它適合很多(duo)的應用，包(bao)括：1)藍牙耳(er)機(ji)；2)DECT耳(er)機(ji)；3)數碼(ma)相機(ji)；4)MP3便攜式(shi)音樂播放機(ji)、PMP；5)腕表(biao)；6)其它鋰離子/聚(ju)合物電(dian)池供電(dian)設備。
盡管該器(qi)件(jian)的(de)設計目的(de)是為了讓充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)的(de)設計變(bian)得非(fei)常快速、簡(jian)單和(he)容易，但它(ta)集成(cheng)(cheng)了很(hen)多特性來幫助優化電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)性能和(he)PCB布板面(mian)(mian)積(ji)。下(xia)面(mian)(mian)是這(zhe)些特性和(he)功能的(de)一部分：1)USB或AC適(shi)配器(qi)系統(tong)電(dian)(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)；2)15mA到300mA的(de)可編程充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)；3)4.0V到7.5V的(de)輸入電(dian)(dian)(dian)(dian)壓范圍；4)與內部充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)器(qi)件(jian)的(de)高度集成(cheng)(cheng)；5)反(fan)向(xiang)阻塞(sai)二極管；6)自動電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)感應；7)自動再充(chong)(chong)(chong)定序；8)充(chong)(chong)(chong)滿電(dian)(dian)(dian)(dian)自動關斷/睡眠模式(shi)/充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)終結；9)關機電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)小(xiao)于1uA；10)電(dian)(dian)(dian)(dian)池預充(chong)(chong)(chong)、過壓和(he)緊急過熱保護狀態(tai)下(xia)的(de)自動涓(juan)流(liu)(liu)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)；11)上電(dian)(dian)(dian)(dian)復位和(he)軟啟動；12)LED狀態(tai)引(yin)腳(jiao)；13)8腳(jiao)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) 典型應用框圖；(b) 功能框圖和引腳排列。
該(gai)器件的額定工作溫度范圍為(wei)-40℃到+85℃。在某一(yi)給定的恒流充電水(shui)平下，當工作環境溫度超出了(le)該(gai)器件封裝的功耗能(neng)力時，其充電控(kong)制將進入熱(re)限制狀態(tai)。
該(gai)器件(jian)提供一個狀態監測(ce)輸出引腳，它可直接(jie)驅(qu)動一個外部(bu)LED來(lai)指示電池充(chong)電狀態。器件(jian)結(jie)溫(wen)和充(chong)電狀態被(bei)充(chong)分監測(ce)，以防錯(cuo)誤狀況發生。
AAT3681A實現了(le)一個完整的保護系統。在過壓或過溫錯誤狀態(tai)發(fa)生時(shi)，該器件將自動(dong)關斷，以保護充(chong)電設備、控(kong)制系統和充(chong)電狀態(tai)下(xia)的電池。
充電操作
AAT3681A具有針對整個電(dian)(dian)池充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)周期的四種基本(ben)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)模式：預充(chong)(chong)(chong)/涓流充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)、恒(heng)流/快速充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)、恒(heng)壓充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)和充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)終結(jie)。
電池預充
在充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)開始(shi)前，為(wei)了確保(bao)一個安(an)全(quan)的(de)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)環境，AAT3681A會檢查幾個條件。輸(shu)入電(dian)(dian)源必須超過最小工作電(dian)(dian)壓或欠(qian)壓鎖定閾值(zhi)，才能(neng)啟(qi)動(dong)充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)順序。當(dang)這些(xie)條件都已得到滿足(zu)且(qie)電(dian)(dian)池連接(jie)到BAT引腳，AAT3681A就檢查電(dian)(dian)池的(de)狀態。如果電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓低于預充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)壓閾值(zhi)，充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)控制電(dian)(dian)路就開始(shi)對(dui)電(dian)(dian)池進行預充(chong)(chong)(chong)。電(dian)(dian)池預充(chong)(chong)(chong)涓流充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流是快速充(chong)(chong)(chong)電(dian)(dian)恒(heng)流的(de)十分之(zhi)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(liu)快(kuai)速充(chong)電(dian)階段，當(dang)電(dian)池電(dian)壓(ya)到達輸出充(chong)電(dian)調節閾值(zhi)時，系(xi)統就進入(ru)恒壓(ya)充(chong)電(dian)模式。調節電(dian)壓(ya)水平在出廠(chang)時設置為(wei)4.2V(±0.5%)。恒壓(ya)模式下(xia)的充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)掉下(xia)來，因(yin)為(wei)充(chong)電(dian)中(zhong)的電(dian)池單(dan)元快(kuai)到達其最大容(rong)量。
充電(dian)周期終結和再充電(dian)順(shun)序
在恒壓模式下，當(dang)充電(dian)電(dian)流掉(diao)到(dao)快速充電(dian)電(dian)流的10%時，該器件(jian)就終止(zhi)充電(dian)，并進入睡眠狀態。充電(dian)器將保持睡眠狀態，直到(dao)電(dian)池電(dian)壓降到(dao)電(dian)池再(zai)充電(dian)壓閾值(zhi)以下。
由于在睡(shui)眠狀態下(xia)消耗非常低(di)的電(dian)流，因此AAT3681A在不(bu)充(chong)電(dian)時可(ke)將電(dian)池泄露降到最低(di)。這(zhe)一特(te)性對這(zhe)樣一些應用(yong)(yong)來(lai)說特(te)別有用(yong)(yong)，其輸入(ru)電(dian)源水平可(ke)能(neng)低(di)于充(chong)電(dian)電(dian)池水平或欠(qian)壓鎖定水平。在這(zhe)些情況下(xia)，當AAT3681A輸入(ru)電(dian)壓下(xia)降時，該器件將進入(ru)睡(shui)眠狀態，一旦輸入(ru)電(dian)源從錯(cuo)誤狀態下(xia)恢復(fu)過來(lai)，它(ta)再自動恢復(fu)充(chong)電(dian)。
散熱考慮
AAT3681A采用(yong)SC70JW-8封裝，它能夠散發高達(da)687mW的功(gong)率，當(dang)(dang)它被正確地安裝在(zai)PCB板上時，并具有最大160℃/W的熱阻。在(zai)設(she)計PCB和(he)安排該充(chong)電器IC與某一特定應(ying)用(yong)設(she)計中的其它散熱器件的位置(zhi)時，有許多因素(su)應(ying)當(dang)(dang)加以考慮。
該充電器IC的(de)環境溫度也(ye)將對電(dian)池充(chong)電(dian)應用的(de)熱限(xian)制有影響。在某一特定(ding)環境條件(jian)下，可以(yi)期望的(de)最大(da)限(xian)制可通(tong)過以(yi)下討論(lun)估計出(chu)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 = 封裝熱阻(℃/W)
TJ(MAX) = 最大器件結(jie)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(zong)功耗
VIN = 輸入電壓(ya)
VBAT = BAT引腳上的電池電壓
ICH = 針對某應用編程的恒定充電電流
IOP = 在正常工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下充(chong)電器IC消耗的靜(jing)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(de)情況是(shi)充電(dian)器IC上的(de)最大(da)電(dian)壓降，此時，電(dian)池電(dian)壓被充電(dian)到預充電(dian)壓閾值(zhi)。
保護(hu)電(dian)路；過壓保護(hu)
一個過(guo)(guo)壓(ya)(ya)(ya)事件的(de)定義為(wei)：BAT引腳上的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)超過(guo)(guo)最大電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)，并被設(she)定在過(guo)(guo)壓(ya)(ya)(ya)保護閾值。如(ru)果一個過(guo)(guo)壓(ya)(ya)(ya)事件發生，AAT3681A充電(dian)(dian)控制電(dian)(dian)路將關斷該器件，直到BAT引腳上的(de)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)掉到OVP電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)水(shui)平以下(xia)。AAT3681A在過(guo)(guo)壓(ya)(ya)(ya)狀態消除(chu)后，再恢復正常的(de)充電(dian)(dian)操(cao)作(zuo)。
保護電路；過熱(re)關斷
AAT3681A有一(yi)(yi)個熱(re)保護控制電(dian)路(lu)，一(yi)(yi)旦(dan)內部裸(luo)片溫(wen)(wen)度超(chao)過預(yu)置的熱(re)限制閾值，它就關斷充(chong)電(dian)功能(neng)。一(yi)(yi)旦(dan)內部裸(luo)片溫(wen)(wen)度掉(diao)到(dao)熱(re)限制以(yi)下，就自動恢復到(dao)以(yi)前的正常充(chong)電(dian)狀態。
充電電流的可編程性
用戶(hu)可借助一個放在ISET引腳與地之間的(de)設(she)置(zhi)電(dian)(dian)阻(zu)編程設(she)定(ding)恒流充(chong)電(dian)(dian)水平。快速充(chong)電(dian)(dian)精(jing)度和預(yu)充(chong)涓流充(chong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流，由使用的(de)設(she)置(zhi)電(dian)(dian)阻(zu)的(de)容差決定(ding)。因此，推薦采用1%容差的(de)金屬薄(bo)膜(mo)電(dian)(dian)阻(zu)。快速充(chong)電(dian)(dian)恒流電(dian)(dian)流范(fan)圍從(cong)15mA到300mA。
AAT3681A可以即插(cha)即用(yong)方式提(ti)供電池充電器全部功(gong)能。它只需要一(yi)個外部元件(jian)就(jiu)可以進行全部操作。該器件(jian)可提(ti)供極出的(de)(de)性價比。2mm×2.1mm的(de)(de)小占板面積可節省PCB空(kong)間(jian)。該器件(jian)適合各種(zhong)不(bu)同(tong)應用(yong)，從(cong)藍牙耳機、MP3播(bo)放器到腕表。AAT3681A是AnalogicTech公司不(bu)同(tong)復雜度和(he)類別產品大家庭的(de)(de)最新成員。