目前市場上相當(dāng)多的超薄便攜式應(yīng)用采用單節(jié)鋰離子/聚合物電池，它們要求一個全功能的、可靠的電池充電器，它能夠提供很好的功能、非常小的體積、非常好的性價比、以及靈活性。AAT3681A可滿足以上所有要求，而且只需要一個外部元件。
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(yīng)用。這一器件是即插即用型充電器設(shè)計師能夠得到的最理想器件，它可以幫助設(shè)計師節(jié)省設(shè)計和PCB布板時間，也有助于將產(chǎn)品快速推向市場。
AnalogicTech可提供專為便攜式和手持式電池供電應(yīng)用設(shè)計的大量電源轉(zhuǎn)換解決方案。一個成功設(shè)計的最重要特征之一是，器件與目標(biāo)應(yīng)用之間的匹配是非常完美的。
就AAT3681A來說，現(xiàn)代便攜式應(yīng)用的功能正在以一個令人瞠目結(jié)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(jié)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(shè)計師的設(shè)計工作量�，F(xiàn)在他們可以把精力更多地集中在充電器設(shè)計的主要目標(biāo)上，而不是電池充電器設(shè)計的非常深入的細(xì)節(jié)上。
AAT3681A Battery Manager是一個高度集成的單節(jié)鋰離子/聚合物電池充電器IC，設(shè)計用于從一個DC電源或USB口進行充電，輸入電壓可高達(dá)7.5V。它只需要一個外部元件就能實現(xiàn)全部的功能。AAT3681A可精確地為4.2V(或4.375V)鋰離子/聚合物電池組調(diào)節(jié)電池充電電壓和電流。
當(dāng)從AC適配器或USB口充電時，高達(dá)300mA的電池充電電流可通過一個外部電阻進行設(shè)置。電池充電狀態(tài)被不間斷地監(jiān)測，一旦錯誤情況(如過壓、短路或過熱)發(fā)生，該器件將自動關(guān)斷，從而保護充電設(shè)備、控制系統(tǒng)和處于充電狀態(tài)的電池。AAT3681A提供一個狀態(tài)監(jiān)測輸出腳，它通過直接驅(qū)動一個外部LED來指示電池充電狀態(tài)。
AAT3681A采用節(jié)省空間的8腳無鉛耐熱SC70JW封裝，占板面積只有2.0×2.1mm，工作溫度范圍為-40℃到+85℃。
最近發(fā)布的AAT3681A是一個單節(jié)電池充電器，它適合很多的應(yīng)用，包括：1)藍(lán)牙耳機；2)DECT耳機；3)數(shù)碼相機；4)MP3便攜式音樂播放機、PMP；5)腕表；6)其它鋰離子/聚合物電池供電設(shè)備。
盡管該器件的設(shè)計目的是為了讓充電器的設(shè)計變得非常快速、簡單和容易，但它集成了很多特性來幫助優(yōu)化電池充電性能和PCB布板面積。下面是這些特性和功能的一部分：1)USB或AC適配器系統(tǒng)電池充電器；2)15mA到300mA的可編程充電電流；3)4.0V到7.5V的輸入電壓范圍；4)與內(nèi)部充電器件的高度集成；5)反向阻塞二極管；6)自動電流感應(yīng)；7)自動再充定序；8)充滿電自動關(guān)斷/睡眠模式/充電終結(jié)；9)關(guān)機電流小于1uA；10)電池預(yù)充、過壓和緊急過熱保護狀態(tài)下的自動涓流充電；11)上電復(fù)位和軟啟動；12)LED狀態(tài)引腳；13)8腳2.0×2.1mm SC70JW封裝。
模塊描述
單節(jié)鋰離子/聚合物電池正在變成便攜式和超便攜式應(yīng)用的主要選擇。針對這一終端市場而開發(fā)的AAT3681A是一個高性能的電池充電器，設(shè)計用于從一個外部電源以高達(dá)300mA的電流對單節(jié)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(nèi)進行定制。這就允許適配器/USB口在不同的應(yīng)用中執(zhí)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(xiàn)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(diào)節(jié)電池充電電壓和電流。
圖1：(a) 典型應(yīng)用框圖；(b) 功能框圖和引腳排列。
該器件的額定工作溫度范圍為-40℃到+85℃。在某一給定的恒流充電水平下，當(dāng)工作環(huán)境溫度超出了該器件封裝的功耗能力時，其充電控制將進入熱限制狀態(tài)。
該器件提供一個狀態(tài)監(jiān)測輸出引腳，它可直接驅(qū)動一個外部LED來指示電池充電狀態(tài)。器件結(jié)溫和充電狀態(tài)被充分監(jiān)測，以防錯誤狀況發(fā)生。
AAT3681A實現(xiàn)了一個完整的保護系統(tǒng)。在過壓或過溫錯誤狀態(tài)發(fā)生時，該器件將自動關(guān)斷，以保護充電設(shè)備、控制系統(tǒng)和充電狀態(tài)下的電池。
充電操作
AAT3681A具有針對整個電池充電周期的四種基本充電模式：預(yù)充/涓流充電、恒流/快速充電、恒壓充電和充電終結(jié)。
電池預(yù)充
在充電開始前，為了確保一個安全的充電環(huán)境，AAT3681A會檢查幾個條件。輸入電源必須超過最小工作電壓或欠壓鎖定閾值，才能啟動充電順序。當(dāng)這些條件都已得到滿足且電池連接到BAT引腳，AAT3681A就檢查電池的狀態(tài)。如果電池電壓低于預(yù)充電壓閾值，充電控制電路就開始對電池進行預(yù)充。電池預(yù)充涓流充電電流是快速充電恒流的十分之一。
例如，如果可編程快速充電電流是300mA，那么預(yù)充電流就是30mA。電池單元預(yù)充是針對深度放電電池單元的一種安全預(yù)防措施，它也有助于限制導(dǎo)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(yù)充一直持續(xù)到BAT引腳上的電壓超出預(yù)充電壓閾值。到達(dá)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(shè)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(dá)電壓調(diào)節(jié)點。
恒壓充電
在恒流快速充電階段，當(dāng)電池電壓到達(dá)輸出充電調(diào)節(jié)閾值時，系統(tǒng)就進入恒壓充電模式。調(diào)節(jié)電壓水平在出廠時設(shè)置為4.2V(±0.5%)。恒壓模式下的充電電流掉下來，因為充電中的電池單元快到達(dá)其最大容量。
充電周期終結(jié)和再充電順序
在恒壓模式下，當(dāng)充電電流掉到快速充電電流的10%時，該器件就終止充電，并進入睡眠狀態(tài)。充電器將保持睡眠狀態(tài)，直到電池電壓降到電池再充電壓閾值以下。
由于在睡眠狀態(tài)下消耗非常低的電流，因此AAT3681A在不充電時可將電池泄露降到最低。這一特性對這樣一些應(yīng)用來說特別有用，其輸入電源水平可能低于充電電池水平或欠壓鎖定水平。在這些情況下，當(dāng)AAT3681A輸入電壓下降時，該器件將進入睡眠狀態(tài)，一旦輸入電源從錯誤狀態(tài)下恢復(fù)過來，它再自動恢復(fù)充電。
散熱考慮
AAT3681A采用SC70JW-8封裝，它能夠散發(fā)高達(dá)687mW的功率，當(dāng)它被正確地安裝在PCB板上時，并具有最大160℃/W的熱阻。在設(shè)計PCB和安排該充電器IC與某一特定應(yīng)用設(shè)計中的其它散熱器件的位置時，有許多因素應(yīng)當(dāng)加以考慮。
該充電器IC的環(huán)境溫度也將對電池充電應(yīng)用的熱限制有影響。在某一特定環(huán)境條件下，可以期望的最大限制可通過以下討論估計出來。
首先，某一特定環(huán)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) = 最大器件結(jié)溫(℃) [135℃]
TA = 環(huán)境溫度(℃)
其次，功耗可通過下式計算出來：
其中：
PD = 器件的總功耗
VIN = 輸入電壓
VBAT = BAT引腳上的電池電壓
ICH = 針對某應(yīng)用編程的恒定充電電流
IOP = 在正常工作狀態(tài)下充電器IC消耗的靜態(tài)電流[0.5mA]
通過替代，我們可以推導(dǎo)出在到達(dá)熱限制條件(熱循環(huán))前的最大充電電流。該最大充電電流是設(shè)計電池充電器應(yīng)用時的關(guān)鍵因素。
總之，最壞的情況是充電器IC上的最大電壓降，此時，電池電壓被充電到預(yù)充電壓閾值。
保護電路；過壓保護
一個過壓事件的定義為：BAT引腳上的電壓超過最大電池充電電壓，并被設(shè)定在過壓保護閾值。如果一個過壓事件發(fā)生，AAT3681A充電控制電路將關(guān)斷該器件，直到BAT引腳上的電壓掉到OVP電壓水平以下。AAT3681A在過壓狀態(tài)消除后，再恢復(fù)正常的充電操作。
保護電路；過熱關(guān)斷
AAT3681A有一個熱保護控制電路，一旦內(nèi)部裸片溫度超過預(yù)置的熱限制閾值，它就關(guān)斷充電功能。一旦內(nèi)部裸片溫度掉到熱限制以下，就自動恢復(fù)到以前的正常充電狀態(tài)。
充電電流的可編程性
用戶可借助一個放在ISET引腳與地之間的設(shè)置電阻編程設(shè)定恒流充電水平�？焖俪潆娋群皖A(yù)充涓流充電電流，由使用的設(shè)置電阻的容差決定。因此，推薦采用1%容差的金屬薄膜電阻�？焖俪潆姾懔麟娏鞣秶鷱�15mA到300mA。
結(jié)論
AAT3681A可以即插即用方式提供電池充電器全部功能。它只需要一個外部元件就可以進行全部操作。該器件可提供極出的性價比。2mm×2.1mm的小占板面積可節(jié)省PCB空間。該器件適合各種不同應(yīng)用，從藍(lán)牙耳機、MP3播放器到腕表。AAT3681A是AnalogicTech公司不同復(fù)雜度和類別產(chǎn)品大家庭的最新成員。
如欲了解完整產(chǎn)品信息，請訪問http://www.analogictech.com/products/ProductDisplay.aspx?ProductID=162
作者簡介：
Alan Elbanhawy是AnalogicTech公司先進電源系統(tǒng)設(shè)計部門總監(jiān)。Alan擁有電氣工程學(xué)士學(xué)位，在電源設(shè)計和研發(fā)管理方面已擁有超過35年的工作經(jīng)驗。他擁有7個專利，在很多技術(shù)論壇上發(fā)表過超過60篇論文。他的論文和文章已出現(xiàn)在5種不同語言的國際技術(shù)出版物上。 |
