VA7205_1001.1_CN VA7205 高精度线性锂电池充电器控制电路 产品说明书 V1.1 2006-03-26 VA7205_1001.1_CN 目录 1、概述........................................................................................................................................................... 3 2、特性........................................................................................................................................................... 3 3、功能框图................................................................................................................................................... 4 4、订购信息................................................................................................................................................... 4 5、管脚排列................................................................................................................................................... 4 6、引脚描述................................................................................................................................................... 4 7、极限参数................................................................................................................................................... 5 8、电气参数（一）....................................................................................................................................... 5 9、电气参数（二）....................................................................................................................................... 6 10、功能描述................................................................................................................................................. 7 10.1、预充电............................................................................................................................................. 8 10.2、恒定电流充电................................................................................................................................. 9 10.3、恒定电压充电................................................................................................................................. 9 10.4、充电结束......................................................................................................................................... 9 10.5、温度监控......................................................................................................................................... 9 10.6、充电指示....................................................................................................................................... 10 10.7、Sleep模式..................................................................................................................................... 10 10.8、电池不正常状态的提示............................................................................................................... 10 10.9、再充电........................................................................................................................................... 10 10.10、电池的内阻补偿......................................................................................................................... 10 11、封装....................................................................................................................................................... 12 12、联系方式............................................................................................................................................... 14 Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 2 of 14 VA7205_1001.1_CN 1、概述 VA7205 是一款专门为高精度的线性锂电池充电器设计的电路，非常适合那些低成本、便携式的 充电器使用。它集高精度预充电、恒定电流充电、恒定电压充电、电池状态检测、温度监控、充电 结束低泄漏、充电状态指示、电池内阻补偿等性能于一身，可以广泛地使用于 PDA、移动电话、手 持设备等领域。 VA7205 通过检测电池电压来决定其充电状态：预充电、恒流充电、恒压充电。当电池电压小于 阈值电压 VMIN（一般为 3V）时，处于预充电状态，以较小的电流对电池进行充电，预充电的电流可 以通过外部电阻进行调整。预充电使电池电压达到 VMIN 后，进入恒定电流充电的快速充电状态，充电 电流 IREG 可以通过外围电阻 R1 调整，恒定电流充电使电池电压上升到恒定电压充电电压 VREG（一般 为 4.2V）。然后进入恒定电压充电状态，充电电压的精度优于±1%，在该状态下，充电电流将逐渐 减小，当充电电流小于阈值 ITERM，充电结束。充电结束后，将始终对电池电压进行监控，当电池电 压小于阈值 VRECHG（一般为 VREG－125mV）时，对电池进行再充电，进入下一个充电周期。 为了安全起见，在整个充电过程中，VA7205 利用电池内部的热敏电阻和适当的外围电阻对电池 的温度进行监控，可以使电池的温度控制在用户设置的范围内。当电池温度超过设置的范围 0.5 秒 钟以后，将停止对电池充电；电池温度回到设置范围以内 0.5 秒钟以后，充电继续。 VA7205 还可以通过适当的外围电阻对电池的内阻进行动态补偿，从而有效地缩短充电时间。 2、特性 4.2V 单节锂离子或锂聚合物电池充电器的理想控制电路； 高于 1%的电压精度； 预充电过程，用户可改变预充电电流； 恒定电流充电，充电电流可调； 恒定电压充电过程； 自动再充电过程； 充电过程中的温度监控； 动态的电池内阻补偿，可以减少充电时间； 双 LED 充电状态指示； 电池不正常状态的检测； 电源电压低时，处于低功耗的 Sleep 模式，电池漏电流极小； 极少的外围元器件； Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 3 of 14 VA7205_1001.1_CN 小型化的 MSOP8 或 SOP8 封装； 3、功能框图 CS2/LEDT 7 电压比较器 BAT 4 驱动控制 5 DRIVE 充电 2 TS 基准源 VCC 8 控制 定时器 电流比较器 6 1 CS1 3 VSS LEDS 图1 VA7205 功能框图 4、订购信息 型号 输出电压 再充电电压 封装形式 管脚数 VA7205DF 4.2V 4.075V MSOP 8 VA7205CF 4.2V 4.075V SOP 8 5、管脚排列 LEDS 1 TS 2 VSS 3 BAT 4 图2 8 VCC VA7205CF 顶视图 (不成比例) 7 CS2/LEDT 6 CS1 5 DRIVE VA7205 引脚排列 6、引脚描述 引脚名称 引脚序号 LEDS 1 TS 2 VSS 3 BAT 4 引脚功能 I/O O I 充电状态指示。在充电过程中，该引脚被下拉到 VSS；充电结束后，呈 高阻态；电池不正常或温度超过设置的范围时，输出 50%占空比的 2Hz 脉 冲。该引脚可通过 330 欧姆电阻与指示发光二极管连接。 温度监控输入端。该引脚的输入电压必须在 VTS1 与 VTS2 之间；否则，将视 为电池温度超出设置范围。 接地端。与供电电源和电池的负极相连。 PWR I 电池电压检测输入端。与电池相接时需串接 330～680 欧姆电阻，同时， 电池两端需用一个 10μF 的电容去耦. Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 4 of 14 VA7205_1001.1_CN DRIVE 5 CS1 6 CS2/LEDT 7 VCC 8 O 调整管驱动端。与外部调整管的基极（PNP 晶体管）或栅极（PMOS 管） 相连。 I 充电电流控制端。调整电源正极与调整管发射极（PNP 晶体管）或源 极（PMOS 管）之间的电阻，可设置预充电和恒定电流充电的电流。 电池内阻补偿控制/充电结束指示端。充电过程中，调整外接分压电阻，可 控制电池内阻补偿的深度；充电结束后，该引脚被下拉到 VSS，可以用来 I/O 作为充电结束指示。 电源端。与供电电源的正极连接，该引脚需用一个 10μF 的电容去耦。 PWR 7、极限参数 供电电源 VCC………………………… －0.3V～＋18V CS1、CS2/LED、DRIVE、BAT、 LEDS、TS 端允许输入电压 …………－0.3V～VCC＋0.3V 工作温度 TA …………………………… －40℃～＋85℃ 结温……………………………………………… 150℃ 功耗 PD（TA＝25℃）………………………………… TBD 贮存温度………………………………… －65℃～150℃ 焊接温度（锡焊，10 秒）……………………… 300℃ 注：超出所列的极限参数可能导致器件的永久性损坏。以上给出的仅仅是极限范围，在这样的 极限条件下工作，器件的技术指标将得不到保证，长期在这种条件下还会影响器件的可靠性。 8、电气参数（一） （除非特别注明，VCC＝5V。标注“♦”的工作温度为：－40℃≤TA≤85℃；未标注“♦”的工 作温度为： TA＝25℃；典型值的测试温度为：TA＝25℃） 参数名称 符号 供电电源 测试条件 ♦ VCC ISUPPL 电源电流 Y 最小值 4.5 VCC＝5V ♦ 1 VCC＝12V ♦ 2 有效电源电压 VUVLO VCC 上升 ♦ Sleep 模式电池漏 电流 ISLEEP VCC 悬空，VBAT＝4.2V ♦ Vimicro Copyright© 1999-2005 典型值 www.vimicro.com 3.8 最大值 单位 12 V 3 mA mA 4.07 4.3 V 7 20 μA Page 5 of 14 VA7205_1001.1_CN 恒定电压充电 充电电压 VREG 输入电压调整率 VCC＝VCS1＝VCS2/LEDT ♦ 4.168 4.200 4.232 V 4.158 4.200 4.242 V VCC＝5V～12V 0.05 % 进入再充电状态 BAT 端电压 VRECHG VREG－0.175 VREG－0.125 VREG－0.075 V 恒定电流充电 CS1 端电压 VCSREG 相对于 VCC（注 1） VCSPRE ♦ 135 150 165 mV 相对于 VCC（注 1） 10 18 28 mV 相对于 VCC（注 1） 8 15 22 mV 预充电电流 CS1 端电压 充电结束阈值 VCSTER CS1 端电压 M 温度监控（TS 端电压） 低端电压(注 2) VTS1 26 28 30 %VCC 高端电压(注 2) VTS2 55 58 61 %VCC VMIN 2.94 3.00 3.06 V GCOMP 2.5 2.8 3.1 V/V 预充电结束阈值 BAT 端电压 电池内阻补偿 补偿系数（注 3） DRIVE 驱动端 上拉阻抗 VBAT＝4.5V 5 kΩ 输出高电平 VCC＝12V，VBAT＝4.5V ♦ 11.9 V 灌电流 VBAT＝3.6V，VDRIVE＝1V ♦ 30 mA 9、电气参数（二） （除非特别注明，VCC＝5V。标注“♦”的工作温度为：－40℃≤TA≤85℃；未标注“♦”的工 作温度为： TA＝25℃；典型值的测试温度为：TA＝25℃） 参数名称 符号 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 电池不正常状态判别 BAT 端电压 VBSC 最大预充电时间 tFAIL LEDS 端输出脉冲 周期 0.8 1.2 V 10 15 20 min 0.3 0.5 0.75 s 50 LEDS 端输出脉冲 Vimicro Copyright© 1999-2005 0.3 www.vimicro.com % Page 6 of 14 VA7205_1001.1_CN 占空比 LEDS 端，CS2/LEDT 端灌电流 BAT 端输入电流 VLEDS=VCS2/LEDT=0.3V VBAT＝3.6V BAT 端外接电容 TS 端输入电流 10 mA 4.2 4.7 VTS＝2.5V 10 μA 47 μF 0.01 μA CS1 端输入电流 VCS1 ＝ 4.95V ， VBAT ＝ 3.6V 5 μA CS2/LEDT 端输入 电流 VCS1 ＝ 4.95V ， VBAT ＝ 3.6V 5 μA 注：1 除非特别注明，表中的电压值均相对于 VSS 而言； 2 参见应用线路图 3 和图 5； 3 补偿系数的定义为：GCOMP＝ΔVREG/(VCS2/LEDT－VCS1)。 10、功能描述 VA7205 是一款专门为高精度线性锂电池充电器而设计的电路，图 3 是其用 PNP 晶体管作为调整管 的应用线路图，图 4 示出了充电过程中的电流、电压曲线，图 5 为用 PMOS 管作为调整管的应用线路 图，图 6 为充电周期的流程图。 Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 7 of 14 VA7205_1001.1_CN 充电电流 电池电压 预充电 恒定电流充电 恒定电压充电 VREG IREG 电压曲线 VMIN 电流曲线 VBSC IPRECHG ITERM t<tFAIL 图4 充电过程中的电流、电压曲线 VA7205 10.1、预充电 VA7205 检测到如下两种情况之一即开始进入充电周期： a）加上适当的电源后（VCC＞4.2V），插上锂电池（VBAT＜VRECHG）； b）已经插上锂电池（VBAT＜VREG），然后加上适当的电源（VCC＞4.2V）； 如果锂电池的初始电压低于预充电阈值 VMIN，则首先进入预充电阶段。预充电电流可以用一个 外部电阻 R9 来调整，如图 3 和图 5 所示，R9 被连接在 CS1 端和 PNP 管的发射极之间, 在 VA7205 内 部还有一个 5.1KΩ电阻被连接在 VCC 和 CS1 端之间，这两个电阻形成一个分压网络，预充电的电流 Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 8 of 14 VA7205_1001.1_CN 由下式来决定： IPRECHG＝（1＋R9/5.1）×VCSPRE/R1 R9 的单位是 KΩ，注意 R9 的阻值应小于 10KΩ. 当充电器不在预充电状态时，此分压网络被断 开，不起作用。 IPRECHG 相对于恒定电流充电时的电流来说是比较小的，这是因为当电池电压 VBAT 较小时，如果用 大电流对其进行充电，会存在安全上的隐患；同时，当电池电压 VBAT 低时，在外部调整管 Q1 上的压 降较大，减小电流对降低 Q1 的功耗也是非常有利的。 注意，在情况 a）中，如果电池电压 VBAT 大于再充电阈值 VRECHG，VA7205 不会立刻进入充电阶段， 它必须等到 VBAT＜VRECHG 后，由于需再充电而进入下一个充电周期；在情况 b）中，只要电池电压 VBAT 小于阈值 VREG，无论其是否大于 VRECHG，VA7205 都会立刻进入充电阶段，直至充电结束。 10.2、恒定电流充电 当电池电压达到 VMIN 时，电池将进入下一个充电阶段：恒定电流充电。其充电电流由 IREG＝ VCSREG/R1 来确定。因此，通过调整电阻 R1 即可获得希望得到的充电电流。 10.3、恒定电压充电 随着恒定电流充电的进行，电池电压上升，当电池达到一定电压（VREG）时，即进入恒定电压 充电阶段。在此阶段，电池电压不再上升，被恒定在 VREG，且充电电流逐渐减小。 10.4、充电结束 在恒定电压充电阶段，充电电流逐渐减小，当电流减小到 ITERM＝VCSTERM/R1 时，电池充电结束， 同时，充电电流降为零。 10.5、温度监控 在整个充电过程中，VA7205 将通过电池内部的热敏电阻和 TS 引脚外部的分压网络对电池的温 度实行实时监控。避免由于电池温度过高（或过低）而造成对电池的损坏或发生危险。 一般情况下，当 TS 端电压 VTS 在 VTS1 与 VTS2 之间时，VA7205 正常工作。当 VTS＜VTS1 或 VTS＞VTS2 且超过 0.5 秒钟，说明此时电池温度“过高”或“过低”，则充电过程被暂停；待 VTS 恢复到 VTS1 与 VTS2 之间，且超过 0.5 秒钟，即电池温度恢复到设定范围内，充电继续进行。 利用温度监控端 TS，可以实现“充电暂停”功能：使用切换开关将 VTS 固定在小于 VTS1 或大于 VTS2 的某一恒定电平点（一般为 VCC 或 VSS）；充电需继续时，将 VTS 恢复到 VTS1 与 VTS2 之间即可。这 只需在充电器上增加一个转换开关即可实现。 Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 9 of 14 VA7205_1001.1_CN 10.6、充电指示 VA7205 有两个充电指示端：LEDS 端和 CS2/LEDT 端（与 CS2 复用）。 LEDS 为充电状态指示，一般通过红色发光管 Red 连接到 VCC，在预充电、恒定电流充电、恒定 电压充电阶段，LEDS 为低电平，Red“亮”；当电池状态不正常（VBAT＜VBSC 或预充电时间超过 15 分 钟或温度监控端电压超出范围（VTS＜VTS1 或 VTS＞VTS2 且超过 0.5 秒钟）时，LEDS 输出 50%占空比的 2Hz 脉冲，Red“闪烁”；充电结束后，LEDS 呈高阻态，Red“灭”。 LEDT/CS2 作为充电结束指示端，可以通过绿色发光管 Green 连接到 VCC，该引脚与 CS2 复用， 在充电过程中，其电压接近于 VCC，Green“灭”；充电结束后，LEDT 端为低电平，Green“亮”。 10.7、Sleep 模式 当电源电压 VCC 低于电池电压时，VA7205 将进入低功耗的 Sleep 模式，电池有极小的漏电流输 出。 当电源电压为零时，VA7205 的 DRIVE 端通过内部电阻连接到 VCC 端，从而使 PNP 调整管的 c-b 结导通，电池通过调整管和电源内阻放电；对于 PMOS 调整管，由于其内部本身含有保护二极管，这 就使得电池可以通过保护二极管和电源内阻放电。为了抑制这种放电现象，建议在电路中增加一个 防反向放电的阻塞二极管 D1（参见应用图 5）。 10.8、电池不正常状态的提示 当电池电压 VBAT 低于 VBSC 时，VA7205 认为电池存在“短路”的可能性，此时， Red“闪烁” ， 用来提醒用户，但充电过程继续进行，如果充到可以使 VBAT 大于 VBSC，则 Red 停止“闪烁”，变为“亮” 继续充电。 VA7205 内部有一个定时器 Timer，预充电开始的同时，启动 Timer 计时，如果在 15min 内，预 充电还没有结束（VBAT＜VMIN），则 VA7205 认为电池存在故障，强迫充电结束，同时，Red“闪烁”， 提醒用户处理。此时，用户必须将 VA7205“断电”，然后重新“上电”，才可以进行下一个充电周期。 10.9、再充电 充电结束后，电池电压 VBAT 应等于 VREG，Red“灭” ，Green“亮”，表示处于充电结束阶段；但 是，如果电池电压 VBAT 下降到再充电阈值 VRECHG 时，VA7205 会自动进入再充电阶段，开始下一个充 电周期，同时，指示二极管 Red“亮”，Green “灭”，表示又重新处于充电阶段。 10.10、电池的内阻补偿 在实际情况中，由于锂电池内部有充电保护电路等外围元件，使得锂电池存在一定的内阻 RPACK， 充电过程中，充电电流将在 RPACK 上产生压降 VPACK，这就使得在恒定电压充电过程中，锂电池的实际 电压小于 VREG。当然，随着充电电流的减小，VPACK 也将越来越小，所以，最后的电池电压与 VREG 是 Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 10 of 14 VA7205_1001.1_CN 非常接近的。但是，由于 RPACK 的存在，将使得恒定电压充电的时间变长。 为了有效地抑制 RPACK 的影响，VA7205 提供了一个电池内阻补偿引脚 CS2/LEDT（与 LEDT 复用）。 通过调节其外围电阻 R2、R3，控制 CS2 端与 CS1 端的电压差（VCS2/LEDT－VCS1），使 VREG 产生一个附加 电压△VREG，用它来抵消 RPACK 的影响，从而有效地缩短充电时间。 任何状态下，VCC<VBAT Sleep模式 指示:Red“灭” Green“灭” VCC>VBAT 任何状态下，VBAT<VCC<VUVLO 电源电压低 指示:Red“灭” Green“灭” VCC>VUVLO 电池状态不正常 等待Restart处理 指示:Red“闪烁” Green“灭” 计时器Timer>15min VTS1<VTS<VTS2， 且超过0.5秒 VBAT>VMIN 恒定电流充电 VBAT<VMIN 指示:Red“亮” Green“灭” 电池温度超范围 充电暂停 指示:Red“闪烁” Green“灭” 预充电 计时器Timer工作 指示:Red“亮” (VBAT>VBSC) Red“闪烁” (VBAT<VBSC) Green“灭” VTS<VTS1或 VTS>VTS2， 且超过0.5秒 ICHG=IREG ICHG<IREG 恒定电压充电 指示:Red“亮” Green“灭” VBAT<VMIN 充电结束检测ICHRG<ITERM 充电结束 指示:Red“灭” Green“亮” 再充电检测VBAT<VRECHG 图 6 充电周期的流程图 Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 11 of 14 VA7205_1001.1_CN 11、封装 图7 SOP8 封装外形尺寸图 Figure 1 VA7205 8-Pin SOP Mechanical Date (unit: mm unless otherwise specified) Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 12 of 14 VA7205_1001.1_CN Figure 8 VA7205 8-Pin MSOP Mechanical Date (unit: mm unless otherwise specified) Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 13 of 14 VA7205_1001.1_CN Vimicro Copyright© 1999-2005 www.vimicro.com Page 14 of 14