基于拓品微充电管理芯片TP4083的单节锂电池充电电源管理电路设计

时间： 2024-03-13 来源：拓品微电子

技术问答

锂电池利用锂离子在正负极之间的移动来存储和释放电能，其显著优势包括：

■高能量密度：相较于其他类型的电池，锂电池具有更高的能量密度，可以提供更长的使用时间。

■长寿命：锂电池具有相对较长的循环寿命，能够经受多次充放电循环而保持有效容量。

■低自放电率：锂电池的自放电率相对较低，即使在长时间不使用时也能保持较高的电荷。

■无记忆效应：锂电池不容易受到记忆效应的影响，因此在充电前不需要完全放电。

因此，锂电池广泛用于家电器材、移动设备、电动汽车、储能系统等领域。

然而，锂电池也存在一些挑战，其中最受关注的安全性问题。特别是过度充电、过度放电、高温或损坏可能会导致锂电池起火或爆炸等安全问题。因此，对于锂电池的设计和使用，包括充放电管理，都需要严格的安全标准和措施。选择安全可靠的充电方案，是应对这一挑战的重要环节之一。

锂电池的充电方式通常可以分为开关充电方式和线性充电方式两种。每种方案都各自有优点和缺点，在选择充电方式时，需要根据具体的应用场景、成本、体积、充电速度等因素进行权衡取舍。线性充电方案，例如TP4000系列，体积小、易于使用、BOM成本低廉，并且没有电感电流切换动作，适用于对噪声敏感的应用场景；开关充电方案，例如TP5000系列，以其高效率而闻名，并且可以最大限度地减少输入适配器电压变化范围内的功耗，适用于大电流高容量且散热要求高的使用环境。

本文介绍设计一款高可靠性、高耐压的线性单节锂电池充电的电源管理电路，其核心是基于拓品微电子公司的充电管理IC芯片 TP4083。本方案优势之一是使用OVP技术，应对系统上外部输入的过高电压的情况，例如外部电源适配器品质不良；另外，设置恒流(CC)充电电流范围非常广，从3mA到500mA。

拓品微的TP4083是一款带OVP保护的单节锂离子电池充电芯片，带电池正负极反接保护、输入电源正负极反接保护的芯片。TP4083具备涓流（TC）、恒流(CC)、衡压(CV)工作模式；同时具备输入端反接保护、锂电池正负极反接保护、电源欠压闭锁、自动再充电、芯片过温保护、短路保护、输入电压OVP保护等保护监控功能。其SOT23的封装与简单的外围电路配合即可工作，使得TP4083非常适用于物联网应用、蓝牙通讯、便携设备等场景。

充电器电路原理图设计:

芯片4脚VIN，为充电芯片的电源输入引脚，最大输入电压是25V，输入电压超过16V时，芯片进入停机保护模式。此处接一个4.7μF或更大的X5R陶瓷去耦电容，建议将电容放置在离引脚非常近的位置。取决于前端电源适配器的情况，可能需要接额外的电容以稳定输入电压。

芯片1脚CHARG，为充电中状态指示端，负逻辑。当充电器向电池充电时，管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行；否则管脚处于高阻态。

芯片5脚STDBY，为电池充电完成指示端，负逻辑。当电池充电完成时被内部开关拉到低电平，表示充电完成。除此之外，管脚将处于高阻态。

芯片6脚PROG，为充电电流设置端。在该引脚与地之间连接一个精度为1%的电阻器RPROG可以设定充电电流。当在恒定电流模式下进行充电时，引脚的电压被维持在1V。

使用MCU读取充电状态判断方法：

在智能系统中，系统板MCU可能需要通过读取TP5000X芯片状态了解充电过程进展。使用MCU读取时，可以不使用红色和绿色LED。STDBY和CHRG端口的有效状态组合包括：

充电器的充电电流设置方法如下：

充电电流是采用一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器来设定的。设定电阻器和充电电流采用下列公式来计算：

在大于0.4A应用中，芯片热量相对较大，温度保护会减小充电电流，不同环境测试电流与公式计算理论值也变的不完全一致。客户应用中，可根据需求选取合适大小的RPROG。

下表给出了一些设置不同电流对应的Rs电阻，方便快速设计所需电路。

TP4083的PCB参考设计：

广泛的应用：

拓品微的TP4083充电器方案，在医美装备、物联网器材、便携器材等众多领域都有成功案例和大批量生产经验。具备技术成熟稳定、产品可靠性高、抗干扰能力强等特点，得到业界的广泛认可和好评。

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产品型号	品类	Vin耐压范围（V)	Vout输出电压(V)	Iout输出电流(mA)
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