1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 LN2051 系列 1A具有USB接口兼容的线性电池管理芯片 ■ 产品概述 LN2051是可以对单节可充电锂电池进行恒流/恒压充电的充电器电路。该器件内部包括功率晶体 管，应用时不需要外部的电流检测电阻和阻流二极管。LN2051只需要极少的外围元器件，并且符合 USB总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。 热调制电路可以在器件的功耗比较大或者环境温度比较高的时候将芯片温度控制在安全范围内。 内部固定的恒压充电电压为4.2V，也可以通过一个外部的电阻调节。充电电流通过一个外部电阻设置。 当输入电压（交流适配器或者USB电源）掉电时，LN2051自动进入低功耗的睡眠模式，此时电池的电 流消耗小于3微安。内置防反灌保护电路,当电池电压高于输入电压时,自动关闭内置功率MOSFET。其 它功能包括输入电压过低锁存，自动再充电，电池温度监控以及充电状态/充电结束状态指示等功能。 LN2051采用散热增强型的8管脚小外形封装SOP-8或MSOP-8。 ■ 产品特性 可编程使充电电流可达 1A 不需要外部 MOSFET，传感电阻和阻流二极管 小的尺寸实现对锂离子电池的完全线形充电管理 恒电流/恒电压运行和热度调节使得电池管理效力最高，没有热度过高的危险 从 USB 接口管理单片锂离子电池 预设充电电压为 4.2V ±1%，也通过 FB 可以调节 充电电流输出监控 充电状态指示标志和充满状态标志 1/10 充电电流终止 自动再充电 停止工作时提供 25µA 电流 2.9V 涓流充电阈值电压 软启动限制浪涌电流电流 输出端具有防反灌保护功能 采用 SOP8,MSOP8 以及客户订制的封装形式 ■ 应用场合 ■ 封装形式 移动电话 数码相机 MP4 播放器 蓝牙应用、 电子词典 便携式设备 各种充电器 上海南麟电子有限公司 -1- SOP-8 MSOP8 http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ■ 功能框图 图1 上海南麟电子有限公司 LN2051 原理框图 -2- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ■ 最大绝对额定值 参数 标号 最大额定值 输入电压 Vcc VSS-0.3～VSS+7 ISET 端电压 Vprog VSS-0.3～Vcc+0.3 BAT 端电压 Vbat Vss-0.3～6 DONE 端电压 Vdone VSS-0.3～VSS+7 CHAG 端电压 Vchrg VSS-0.3～VSS+7 BAT 端电流 Ibat 1500 mA ISET 端电流 Iprog 1500 uA 工作外围温度 Topa -40～+85 Tstr -65～+125 存储温度 单位 V °C 注意：最大绝对额定值是产品能正常工作的额定值，超过此值产品损坏。任何情况下请不要超过此值。 另外，LN2051 的 ESD 放电能力（HBM）〉2000V，焊接温度（10 秒）：300°C ■ 电气特性 参数 标号 输入电压 Vcc 输入电流 Icc 条件 最低 4.25 BAT端电流 Vfloat Ibat 最高 UNIT 6.5 V Charge mode,Riset=10K 200 2000 uA Standby mode 200 500 uA 25 50 uA 4.158 4.2 4.342 V Riset=10k,Current mode 115 125 135 mA Riset=1k,Current mode 1150 1250 1350 mA Riset=830,Current mode 1400 1500 1600 mA Standby mode,Vbat=4.2V 0 -2.5 -6 uA ±1 ±2 uA ±1 ±2 uA Shutdown mode(Riset not connected,Vcc<Vbat or Vcc<Vuv) 输出控制电压 典型 0°C ≤ TA ≤ 85°C, IBAT = 40mA Shutdown mode Sleep mode,Vcc=0V 涓流充电电流 Itrikl Vbat<Vtrikl,Rprog=2k 40 65 90 mA 涓流充电极限电压 Vtrikl Riset=10K，Vbat Rising 2.8 2.9 3.0 V 涓流充电迟滞电压 Vtrhys Riset=10k 60 80 110 mV 电源低电闭锁阈值电压 Vuv From Vcc low to high 3.7 3.8 3.93 V 电源低电阈值电压迟滞电压 Vuvhys 150 200 300 mV 手动关闭阈值电压 Vmsd Iset pin rising 1.15 1.21 1.30 V Iset pin falling 0.9 1.0 1.1 V Vcc from low to high 70 100 140 mV Vcc from high to low 5 30 50 mV Riset=10k 10 13 16 mA Riset=2k 40 65 90 mA 0.93 1.0 1.07 V Vcc-Vbat停止工作阈值电压 C/10 终断阈值电流 Vasd Iterm PROG端电压 Vprog Riset=10k, Current mode DONE端最小输出电压 Vdone Idone=5mA 0.35 0.6 uA CHRG端最小输出电压 Vchrg Ichrg=5mA 0.35 0.6 V 电池再充电迟滞电压 ΔVrecg VFLOAT - VRECHRG 150 200 mV 上海南麟电子有限公司 -3- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ■ 典型应用电路 图2 图3 上海南麟电子有限公司 恒流/恒压电压 4.2V 充电应用 利用外接电阻调节的恒流恒压充电应用 -4- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ● 电池电压Kelvin检测 LN2051有一个电池电压Kelvin检测输入端(FB)，此管脚通过芯片内部的精密电阻分压网络连接到 恒压充电的误差放大器。FB管脚可以直接连接到电池的正极，这样可有效避免电池正极和LN2051的第 5管脚BAT之间的寄生电阻（包括导线电阻，接触电阻等）对充电的影响。这些寄生电阻的存在会使充 电器过早的进入恒压充电状态，延长充电时间，甚至使电池充不满，通过使用电池电压Kelvin检测可 以解决这些问题。 如果将LN2051的电池电压Kelvin检测输入端(FB)悬空，那么LN2051一直处于预充 电状态，充电电流为所设置的恒流充电电流的1/10。 ● 调整恒压充电电压 如果在 LN2051 的电池电压 Kelvin 检测输入端(FB)和电池正极之间接一个电阻,可以提高电池正极 的恒压充电电压，如图 3 所示，那么在电池的正极电压 Vbat 为： Vbat（V） ＝ 4.2＋4.03×10-6×Rx（Ω） 当使用外部电阻调整恒压充电电压时，由于芯片内部和外部的温度不一致及芯片生产时的工艺偏差等 原因，可能导致输出电压的精度变差和温度系数变大。 ● 设定充电电流 在恒流模式，计算充电电流的公式为： ICH = 1250V / RISET 其中，ICH 表示充电电流，单位为安培，RISET 表示ISET管脚到地的电阻，单位为欧姆。 例如，如果需要500毫安的充电电流，可按下面的公式计算： RISET = 1250V/0.5A = 2.5kΩ 为了保证良好的稳定性和温度特性，RISET建议使用精度为1%的金属膜电阻。 通过测量ISET管脚的电 压可以检测充电电流。充电电流可以用下面的公式计算：ICH = (VISET / RISET) × 1250 ● 同时应用 USB 和交流电适配器充电 LN2051不但可以利用USB接口为电池充电，也可以利用墙上适配器为电池充电。图4示出一个同 时使用USB接口和交流电适配器通过LN2051对电池进行充电的例子，当二者共同存在时，交流电适配 器具有优先权。M1为P沟道MOSFET，M1用来阻止电流从墙上适配器流入USB接口，肖特基二极管 D1可防止USB接口通过1K电阻消耗能量。 图4 上海南麟电子有限公司 同时使用交流电适配器和USB接口 -5- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ● 电池温度监测 为了防止电池温度过高或者过低对电池造成的损害，LN2051内部集成有电池温度监测电路。电池 温度监测是通过测量TEMP管脚的电压实现的，TEMP管脚的电压是由电池内的NTC热敏电阻和一个电阻 分压网络实现的，如图2所示。 LN2051将TEMP管脚的电压同芯片内部的两个阈值VLOW 和VHIGH 相比较，以确认电池的温度是否 超出正常范围。在LN2051内部，VLOW被固定在30%×VIN，VHIGH被固定在60%×VIN。如果TEMP管脚的 电压VTEMP<VLOW 或者VTEMP>VHIGH ，则表示电池的温度太高或者太低，充电过程将被暂停；如果TEMP 管脚的电压VTEMP在VLOW 和VHIGH之间，充电周期则继续。 ● 使能设计 通过控制ISET管脚电阻是否与地连接，可以达到关闭LN2051的功能。如图5所示： 图5 LN2051的使能设计 ● 确定R1和R2的值 R1和R2的值要根据电池的温度监测范围和热敏电阻的电阻值来确定，现举例说明如下：假设设定 的电池温度范围为TL～TH，（其中TL＜TH)；电池中使用的是负温度系数的热敏电阻（NTC），RTL为 其在温度TL时的阻值，RTH为其在温度TH时的阻值，则RTL＞RTH，那么，在温度TL时，第一管脚TEMP 端的电压为： VTEMPL = R2 // RTL × Vin R1 + R2 // RTL 在温度TH时，第一管脚TEMP端的电压为： VTEMPH = R2 // RTH × Vin R1 + R2 // RTH 然后，由VTEMPL＝VHIGH＝k2×VIN (k2=0.6) VTEMPH＝VLOW＝k1×VIN (k1=0.3) 则可解得： 上海南麟电子有限公司 -6- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 同理，如果电池内部是正温度系数（PTC）的热敏电阻，则RTH＞RTL，我们可以计算得到： 从上面的推导中可以看出，待设定的温度范围与电源电压VIN是无关的，仅与R1、R2、RTH、RTL有关； 其中，RTH、RTL可通过查阅相关的电池手册或通过实验测试得到。 在实际应用中，若只关注某一端的温度特性，比如过热保护，则R2可以不用，而只用R1即可。R1的推 导也变得十分简单，在此不再赘述。 ● 漏极开路状态指示输出端 LN2051有两个漏极开路状态指示端，CHAG和DONE，这两个状态指示端可以驱动发光 二极管或单片机端口。CHAG用来指示充电状态，在充电时，CHAG为低电平；DONE用来指 示充电结束状态，当充电结束时，DONE为低电平。当电池的温度处于正常温度范围之外超 过0.15秒时，CHAG和DONE管脚都输出高阻态。 当电池没有接到充电器时，充电器很快将输出电容充电到恒压充电电压值，由于电池电压 Kelvin检测输入端FB管脚的漏电流，FB管脚和BAT管脚的电压将慢慢下降到再充电阈值，这 样在FB管脚和BAT管脚形成一个纹波电压为150mv的波形，同时CHAG输出脉冲信号表示没 有安装电池。当电池连接端BAT管脚的外接电容为4.7uF时，脉冲的周期大约为2Hz。 下表列出了CHAG和DONE管脚在各种情况的状态： 充电 常亮 常灭 CHAG DONE 充满 常灭 常亮 无电池 闪烁 常亮 出错 常灭 常灭 注：1、无电池时CHAG闪烁的频率跟外接电容有关，一般建议4.7uF，电容越大闪烁频率越小。 2、出错的情况有：超出工作温度范围（温度过高或过低），Iset端悬空，Vin<Vbat,Vin<3.8V等。 ■ 引脚分配 上海南麟电子有限公司 引脚号 引脚名称 引脚号 引脚名称 1 TEMP 5 VBAT 2 ISET 6 DONE 3 GND 7 CHRG 4 VIN 8 FB -7- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ■ 订货信息 LN2051①②③④⑤ 标号 描述 ① 类型 ② 调整器输出电压的第一部分 ③ 调整器输出电压的第二部分 ④ 封装类型 ⑤ 器件方向 标记 描述 X 无涓流充电 Y 有涓流充电 0 4.0 1 4.1 2 4.2 A ②00 B ②25 C ②50 D ②75 S SOP8 Q MSOP8 R 正面 L 反面 ■ 打印标识 VIN 4 CHRG 6 DONE 5 TEMP 1 ISET 2 GND 3 VIN 4 VBAT SOP-8 Top View LN2051 3 7 3 YYWW 2 GND FB 2 2 8 1 1 ISET LN2051 1 3 YYWW TEMP 8 FB 7 CHRG 6 DONE 5 VBAT MSOP-8 Top View ① 代表类型 字符 描述 X 无涓流充电功能 Y 有涓流充电功能 ②③代表电压 符号 电压 符号 电压 符号 电压 0A 4.0 1A 4.1 2A 4.2 0B 4.025 1B 4.125 2B 4.225 0C 4.050 1C 4.150 2C 4.250 0D 4.075 1D 4.175 2D 4.275 上海南麟电子有限公司 -8- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 ■ 引脚功能 TEMP（引脚1）：将TEMP管脚接到电池的NTC传感器的输出端。如果TEMP管脚的电压小于输入电压 的30%或者大于输入电压的60%，意味着电池温度过低或过高，则充电将被暂停。如果TEMP在输入电 压的30%和60%之间，则电池故障状态将被清除，充电将继续。 ISET（引脚 2）：充电电流编程，充电电流监控和关闭端。充电电流由一个精度为 1%的接到地的电 阻控制。在恒定充电电流状态时，此端口提供 1V的电压。在所有状态下，此端口电压都可以用下面 的公式测算充电电流： IBAT = (VISET/RISET) ×1250 ISET 端口也可用来关闭充电器。把编程电阻同地端分离可以通过上拉的 3uA 电流源拉高 ISET 端 口电压。当达到 1.21V 的极限停工电压值时，充当器进入停止工作状态，充电结束，输入电流降至 25 A。此端口夹断电压大约 2.4V。给此端口提供超过夹断电压的电压，将获得 1.5 mA 的高电流。 通过使 ISET 和地端结合，充电器回到正常状态。 GND（引脚 3）：接地端 VIN （引脚 4）：提供正电压输入。为充电器供电。VCC可以为 4.25V到 6.5V并且必须有至少 1 F的 旁路电容。如果BAT引脚端电压的VCC降到 30 mV以内时，LN2051 进入停工状态，并使BAT电流降 到 2 A以下。 BAT（引脚5）：将电池的正端连接到此管脚。在电源电压低于电源电压过低锁存阈值或者睡眠模式， BAT管脚的电流小于2μA。BAT管脚向电池提供充电电流和恒压充电电压。 DONE（引脚6）：当充电结束时，DONE管脚被内部开关拉到低电平，表示充电已经结束；否则DONE 管脚处于高阻态。 CHRG（引脚7）：当充电器向电池充电时，CHRG管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行； 否则CHRG管脚处于高阻态。 FB（管脚8）：此管脚可以Kelvin检测电池正极的电压，从而精确调制恒压充电时电池正极的电压， 避免了从电池的正极到LN2051的BAT管脚之间的导线电阻或接触电阻等寄生电阻对充电的影响。如果 在FB管脚和BAT管脚之间接一个电阻，可以调整恒压充电电压。 ■ 封装信息 SOP-8 上海南麟电子有限公司 -9- http://www.natlinear.com 1A 具有 USB 接口兼容的线性电池管理芯片 LN2051 系列 MSOP-8 上海南麟电子有限公司 - 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