【经验】1A线性锂电充电芯片GC4056散热处理方案

时间： 2019-07-05 来源：世强

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上海国芯GC4056芯片是一款1A线性锂电池充电芯片，充满电压为4.2V左右，与市面上TP4056是 PIN对PIN兼容的，这款芯片电流实际达1A~1.2A，同样具有高可靠性。很多朋友在设计应用方案时，尤其大电流充电时，总会遇到散热的处理问题，现在我们来探讨下如何应对散热。

GC4056最简应用电路:

其中，恒流电流为1280/Rprog（mA），例如Rprog=1.2K时，恒流的充电电流即为1A多点。

由于4056是线性充电的芯片，5V输入的电流约等于输出充电的电流，那么输入与输出的压差*电流即为4056芯片上消耗的功率。即Pd=（Vin-VBAT）*IBAT。例如输入5V，给3.8V电池充电，设定电流IBAT=0.8A，那么4056的自身功率损耗为（5-3.8）*0.8=0.96W。

而芯片内部温度与芯片的自身功率损耗成正比关系，功耗越大，芯片也就发热越严重。事实上，芯片内部采用了热反馈保护功能，内部约145℃时，充电电流将保护并快速降为0。那么我们来看看上述例子的情况下，温度应该升到多少度。

当PCB贴片正常散热时，热阻θJA=125℃/W，那么上述的例子中温升为0.96W*125℃/W=120℃，若当前室温为25℃，则芯片内部刚好达到120+25=145℃。

那么当电池为3.7V，室温25℃时，我们可以最大充到多少电流呢。先计算温升余量，145-25=120℃，再计算可功率损耗，120/125℃/W=0.96W，那么最大充电电流为0.96/（5-3.7）=0.738A。

总结在上述电路条件下，GC4056的可承载最大充电电流公式为：

不需要在 GC4056 应用设计中考虑最坏的热条件，这一点很重要，因为该 IC 将在结温达到 145℃左右时自动降低功耗。

那么为了使GC4056得到尽可能大的充电电流，需要降低热阻的系数，那么则需要优化PCB板的散热。用于耗散 IC 所产生的热量的散热通路从芯片至引线框架，并通过底部的散热片到达PC板铜面。PC板铜面为散热器，散热片相连的铜箔面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大的铜面积，以便将热量散播到周围环境中。至内部或背部铜电路层的通孔在改善充电器的总体热性能方面也是颇有用处的。当进行PC板布局设计时，电路板上与充电器无关的其他热源也是必须予以考虑的，因为它们将对总体温升和最大充电电流有所影响。

还有一种方法就是减小芯片的功率损耗，则需要在电源到芯片之间串联一个电阻来分担一部分功耗，相当于电阻上分担了一部分电压。如图：

则芯片最大承载的电流为

这是个一元二次方程。为了不求解麻烦，得到同样减小功率耗散的目的，我们用简单计算法，就是例如当设定电流为IBAT时，使得串进去电阻后，VCC电源电压在4.5V以上即可。例如当IBAT编程设定为1A时，电源VS为5V，那么（5V-4.5V）/1A=0.5Ω，则串进去的电阻小于0.5Ω即可。当电阻为0.33Ω时，假定电池为3.7V，电流为1A，那么VCC此时为4.67V，GC4056功率损耗为(4.67V-3.7V)*1=0.97W，温升为（145-125）/0.97=123℃，基本室温25℃时够用。

如果室温升高时，则尽量减小热阻系数，也能达到1A的充电电流。

本次的探讨结束，顺便介绍下GC4056芯片。

GC4056 是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的 SOP8 封装，与较少的外部元件使得 GC4056 成为便携式应用的理想选择。GC4056可以适合 USB 电源和适配器电源工作。

由于采用了内部 PMOSFET 架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于 4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 时，GC4056 将自动终止充电循环。

当输入电压（交流适配器或 USB 电源）被拿掉时，GC4056 自动进入一个低电流低功耗状态，将电池漏电流降至 2uA 以下。

GC4056 在有电源时也可置于停机模式，从而将供电电流降至60uA。GC4056 的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的 LED 状态引脚。

典型应用图

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全部评论（1）

tg919 Lv3 高级工程师 2019-07-23

是否有性价比高的充放电管理芯片，带有电量AD口的芯片
- Hardy_世强回复：推荐国产圣邦微电子（SG Micro Corp）的充放电管理芯片：SGM41504，是一颗大电流单电感升降压开关型单节锂离子可充电电池充放电及路径管理芯片。内部包括一个3.5A大电流单电感升降压开关电源、一个充放电通道和一组逻辑机。该升降压开关电源充电时降压、放电时升压，电流连续变化、不需要外部控制转换。数据手册：SGMicro（圣邦微） SGM41504锂电池充电管理芯片数据手册
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