【应用】SOC芯片SN5106用于高效率低成本同步整流单芯片移动电源设计，无需外围IC，效率高达93%

SN5106是乐得瑞科技针对高效率低成本同步整流单芯片移动电源设计的SOC芯片。主芯片集成了高精度基准源、PWM Buck和Boost电压调整功能，采用250KHz PWM Boost升压控制技术，通过使用芯片自带的两路高速PWM（16M）和四路高性能ADC（12bit，死区小于3mV）以及特有的基准源数字校正专利技术，SN5106无需外围其他IC，即可实现效率高达93%的同步整流单芯片移动电源，在2.1A输出条件下，效率仍然高于88%。最大支持2.6A（2A+1A单独限流）双口输出，具有电池过压/欠压保护功能，输出限流保护功能，从软硬件多层次保障系统安全。

■特点
●内置电量检测，4灯指示模式，（标准方案）充电时跑马灯指示，放电时点闪指示。
●脉冲式充电模式，充电效率高。支持对0V电池充电，精确的涓流/恒流/恒压三段式充电。
●充电时具有欠压过压保护。
●同步整流升压，效率高，温度低。
●手机插入自动启动升压功能。
●4kV ESD。
●保护功能齐全，独创恒流输出，技术领先。
●升压具有软启动功能。
●充电支持5V1A，5V2A充电，支持边冲边放功能。
●开关频率300-500KHz，可调制，能通过EMI、EMC测试。
●芯片待机功耗小于5μA，整机系统待机功耗可控制在20μA以下。
●内置LED手电驱动。
●电池过充、过放保护。
●输出具有空载自动识别关机功能。

■应用

●移动电源

●IPAD，MID备用电源

●MP3，MP4，手机等数码产品的后备电源

■系统设计

●同步整流单芯片移动电源由充电管理、供电管理、输入检测、显示输出组成（见下图）。

■脚位图及说明

■详细设计

●PWM控制的充电管理（替代充电管理芯片[TP4056/5056]）

根据锂离子电池的化学特性，充电过程可以分为预充电，恒流充电、恒压充电三个阶段。SN5106通过PWM控制的Bulk DC-DC电路，可以对充电过程的电流和电压进行灵活的控制，满足不同类型不同容量电池对充电电流和电压的要求，充分保证了充电过程的安全性和有效性。

●PWM控制供电管理（可实现同步整流，替代外围DC-DC芯片）

利用SN5106自身的高速PWM时钟，并巧妙复用充电过程使用的电感和开关元件，可实现同步整流的Boost DC-DC，放电效率最高达95%，考虑了移动电源系统环路的寄生电阻之后，综合放电效率可达93%，即使在放电电流达到2.1A的条件下，效率仍然可以超过88%。

●用数字校正技术校准内部1.4V基准源（省掉外部基准源[TL431或HT7533]）

SN5106内置的1.4V基准电压本身存在偏差，通过采用具有专利保护的数字校正技术，校正后误差小于0.5%。

●同步整流单芯片移动电源电池的安全保障

SN5106为电池的短路及过流提供了硬件级保护机制，当移动电源外部被短路时，芯片的电源监测电路会在电池电压低于2V后，自动关掉所有的输出通路，确保电池安全。为了防止电池被过充电（例如，4.2V的电池，充电电压超过4.3V），SN5106采用了把电池电压直接作为Vref，反过来测试内部1.4V基准电压的方式，不需要外置的分压电阻，从而避免了因外部电路故障造成误测的可能性。保障了充电过程的电池安全。除此之外，系统启动前，及充放电过程中，都将对环路的反馈机制进行检测，从而保障系统是在闭环、安全的条件下运行。

有了以上软硬件多重保护机制，如果PCB上仍然使用了锂离子电池保护芯片（例如DW01），则可以保证锂离子电池保护芯片的保护机制不被触发，从而不需要重新激活。

●被充电设备的安全保障

当被充电设备处于大电流充电状态（1A或者2.1A）时，如果充电插口出现接触不良，有可能会引发电压过冲，从而伤害被充电设备，特别是软件级的DC-DC。SN5106最高指令速度可以达8M，一个主循环的时间经过优化后，可以控制在200μs以内，从而有效控制了过冲电压。经过测试，1A条件下，过冲电压不超过6.0V，持续时间不超过5ms，2A条件下，过冲电压不超过6.3V，持续时间不超过5ms，完全满足手机等被充电设备的安全要求。

■方案功能及电气参数

1.1 开关充电功能

1）开关充电，充电电流最大可达2000mA。

2）电池电压小于3.0V（电压点可调）时，进行涓流充电。

3）充电电压误差小于1%。

4）输入电压：5V。

5）充电电流恒流的误差±50mA。

6） 充电的最小电流50mA~200mA（可定制）。

1.2 Boost升压控制

1）输出电压5.0V（可定制）。

2）输出电压误差±2%。

3）最大输出电流3A。

4）转换效率（BAT=3.7V）： 91%±1.5%（输出电流1A）；87%±1%（输出电流2A）。

5）最小输出电流50mA。

6）升压端空载时，10秒之后进入休眠状态。

7）当移动电源充电过程中，触发按键，并且Boost升压端接有负载时，可以实现边充边放，但会优先Boost升压端。（流过Boost升压的负载电流会比充电电流大）

1.3 系统管理

1）USB-IN插入启动充电功能，当电池电压达到4.2V，并且充电电流小于50mA时，会自动关断降压的PWM。

2）按键触发控制Boost升压。

3）长按按键打开或关断照明灯。

4）输出电流监测，输出无负载或者输出电流小于50mA时，会自动关断升压PWM。

5）充放电电量显示。

6）电池电压低于3V自动关闭Boost升压。

7）休眠的电流在10μA以下。

1.4 电量显示（可定制闪烁方式）

■SN5106同步整流单芯片移动电源方案与传统的移动电源方案的区别

1）省去了充电管理芯片（如TP4056）。

2）省去了DC-DC芯片（如SY7208、XR3403）。

3）省去了外部参考电路 （如TL431）。

4）稳定性及可靠性好：ESD耐压高达8kV，EFT可通4kV，生产良率高，产品性能稳定。

■工作电性参数

●工作条件USB-IN=5.0V，VBAT=3.7V，TA=+25deg

■操作说明

1) 对USB-IN 通电对移动电源本身充电，LED 1Hz闪烁，指示其充电电量，随着电量的增加LED变化如1.1.4 电量显示，当电池充满时，四个LED灯全亮。

2) 当没有插入USB-IN，直接触发按键时，升压控制起作用，此时如果没有负载，8S后关闭电量显示，60s后升压控制会自动关闭。

3) 升压控制端加载负载后，当流经负载的电流小于100mA或大于2.6A时，升压控制会自动关闭。

4) 启动升压控制后，如果电池的电压低于3.0V，升压控制会自动关闭，防止电池过放。

■典型电路图