1 Copyright © Richtek Technology 2015 立锜科技是一间国际级的模拟 IC 设计公司，我们专注于提供客户多元 且具竞争力的产品以及完整的电源管理解决方案。自成立以来，立锜 专注于整合技术能力、坚持质量和积极的客户服务，以提供客户产品 价值为宗旨，产品广泛应用于电脑、消费性终端产品、网络通讯装置、 微信扫一扫 SG003-01 OCT 2015 大尺寸面板显示器等领域。立锜成立于公元 1998 年，总公司设立于台 针对锂离子电池供电的应用，立锜科技拥有完整的电源管理解决方案， 湾新竹，并且于亚洲、美国和欧洲各地有服务据点。 产品范围涵盖充电与保护、DC/DC 转换器和低耗电的线性稳压器。 2 3 Copyright © Richtek Technology 2015 锂离子电池应用设计 锂离子电池的优势 用单节锂离子电池作为电源 与其他电池类别相比，锂离子电池优势众多： 当使用单节锂离子电池作为电源时，电池电压的波动是必须要考虑的，其值一般在 4.2V~3.0V → 重量轻 之间。大部分应用都需要使用稳定的电压作为电源，立锜科技就有很多 LDO、Buck、Boost 和 Buck-Boost 转换器可以在锂离子电池的电池电压范围内工作，为应用提供稳定的电压输 → 没有记忆效应 出。 → 与镍氢电池相比： →→ 有两倍的能量密度 对使用锂离子电池的提示 →→ 自放电率低 6~8 倍 → 3.6V 的单元电压可以满足众多应用的需要 锂离子电池对过放电是比较敏感的，这是为什么电池包里面都要装入欠压保护电路以便在电 池电压因放电而降低到 2.5V 时将电池从电路中断开的原因。电池应当在电池内部的保护电路 这些特性使锂离子电池成为现今便携式电子产品的最常见选 被激活以前就被再次充电或是断开和系统的连接。 择。当使用锂离子电池进行应用设计时，最重要的是要理解 它在充放电过程中的特性以确保应用的安全，同时保障使用 假如电池有很长一段时间没有被使用，最好是将它放电到其容量还剩余 40%（约 3.7V）以后 时间的最优化。 再使用，这可以降低对其寿命的影响。 电池的容量 图 1 所示的几种电池，容量在 200mAh~2800mAh 之间， 图 1：容量从 200mAh~2800mAh 的电池 可满足不同类型应用的需要。标准的锂离子电池一般使用硬 壳封装，而离聚合物电池则常用软壳或是袋状封装，这可以 减小尺寸和重量。 图 2 显示了容量为 2000mAh 的锂离子电池从充满电的 4.2V 放电到 3.0V 没电状态的典型放电曲线。放电率表示为电池 容量的比率 (C)。在放电电流很高的情况下，电池容量不能 图 2：2000mAh 锂离子电池的典 得到充分的利用，电池电压因电池内阻而有比较大的下降。 型放电曲线 SG003-01 OCT 2015 4 5 Copyright © Richtek Technology 2015 锂离子电池 应用中的开关式和线性调节器 升压转换器 → 低 EMI → 输出电压最高达 45V → 附加检测功能 → 轻载高效 VOUT 产品概览 Up to 5V 立锜科技的大部分开关式调节器都有轻载效率提升 ISW_MAX 2A 的设计，可以扩大电池的使用空间。 Boost 转换器，例如 RT9276，可将变换的电池 Up to 5.5V 电压转化为稳定的 5V 输出为 USB 端口供电，它 2A 还具有电压监控功能。Buck-Boost 调节器，例如 产品描述 Synchronous Boost Converter with Bypass mode Synchronous Boost Converter with current limit control Synchronous Boost Converter with LDO Controller RT6150A/RT6154A，能在输入电压高于或低于 输出电压时输出稳定的电压，因为它能借助内部集成的 4 个开关自动在 Buck 或 Boost 之间 Up to 6.5V 自动切换。大多数低压 Buck 转换器都有工作在 100% 占空比的能力，可在电池电压逼近输 1.6A 出电压时输出稳定的电压，增加电池的使用时间，其例子如 RT8059。低耗电的 LDO，例如 RT9063，最适合在低功耗的应用中输出稳定的电压，1μA 的地电流消耗可使低功耗的待机状 态消耗最小化。 Up to 16V Up to 24V Up to 36V Up to 45V Synchronous Boost Converter with Voltage Detector 1.6A PWM Asynchronous Boost Converter PSM Asynchronous Boost Converter 3.0A Asynchronous Boost Converter 1.2A 1.0A Asynchronous Boost Converter Asynchronous Boost Converter 关键特性 Low BOM solution with small external components → True load disconnection during shutdown to extend battery power → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → SG003-01 OCT 2015 6 7 型号 → → → → → → → → → → → Smooth transition between boost mode and bypass mode Less than 1µA quiescent current in shutdown mode I2C control to optimise target VOUT RT4803A WL-CSP-16B 1.67x1.67 (BSC) package CMCOT topology for fast transient response Small output ripple when VIN is close to VOUT Adjustable 1A/2A, two level current limit threshold PSM for enhanced light load efficiency RT4812 TSOT-23-8 package For All One-Cell, Two-Cell and Three-Cell Alkaline, NiCd, NiMH and Single-Cell Li+ batteries powered applications RT9296 Output voltage is monitored by a PGOOD signal Enhanced light load efficiency at power save mode Low EMI RT9276 Sample WDFN-10L 3x3 package Component size or efficiency consideration by optional 640kHz/1.2MHz operation frequency RT9277B Internal or External programmable Soft-Start RT9277C Loop responses can be optimized by external compensation MSOP-8, WDFN-8L 3x3 and WDFN-10L 3x3 packages RT9297 Small package and PCB footprint 550kHz operation frequency Internal power N-MOSFET switch Supports up to 10 WLED strings RT4503/A PWM-Analog dimming (RT4503) 32 step pulse dimming (RT4503A) WDFN-6L 2x2 package Small package and simple external circuit design 1MHz operation frequency Internal power N-MOSFET switch Supports up to 10 WLEDs for backlighting and OLED power application RT9293 TSOT-23-6 and WDFN-8L 2x2 packages Copyright © Richtek Technology 2015 升 - 降压转换器 双通道降压转换器 VOUT 0.6V ~ VIN → Seamlessly switching between Buck and Boost mode 0.8V ~ VIN → Power save mode enable control → Support up to 5A peak current (3A max load ISW_MAX 1.6A 1.8V ~ 5.5V 5.0A 产品描述 Current Mode Buck-boost Converter Current Mode Buck-boost Converter 关键特性 → → → → → → → Fixed frequency at 1MHz WDFN-10L 3x3 and WDFN-10L 2.5x2.5 package RT6150A/B Up to 96% efficiency Fixed frequency at 2.4MHz Can be synchronized to external clock 2.2MHz to 2.6MHz for low interference solution 1A + 1.5A 关键特性 Dual Buck Converter Dual Buck Converter → → → → → → 型号 50μA Quiescent Current per channel RT8020 1.5MHz Fixed frequency PWM operation Sample WDFN-12L 3x3 package Power Good output voltage monitor RT8012A 1.2MHz Fixed frequency PWM operation Sample WQFN-16L 4x4 package 通用性 LDO 型号 Up to 90% efficiency 1A + 1A 产品描述 特殊及低静态电流 LDO capability) VOUT IOUT VIN VOUT IOUT IQ 2.5V ~ 5.5V 1.5V ~ 5.0V 300mA 90μA 2.5V ~ 5.5V 1.5V ~ 5.0V 300mA 90μA VIN VOUT IOUT IQ 2.2V ~ 5.5V 1.2V ~ 3.3V 500mA 25μA 1.5V ~ 5.5V 0.9V ~ 3.5V 300mA + 300mA 29μA + 29μA IOUT IQ RT6154A/B WDFN-14L 4x3 package 降压转换器 关键特性 Auto discharge function → → → → → 型号 SC-70-5, SC-82, SOT-23-3, SOT-23-5, TSOT-23-3, TSOT-23-5, MSOP-8, & WDFN-6L 2x2 packages RT9198 Bypass pin for ultra low noise Auto discharge function RT9193 SC-70-5, SOT-23-5, TSOT-23-5, MSOP-8 & WDFN-6L 2x2 packages 特殊 LDO → Low profile and small footprint → Up to 95% Efficiency → No Schottky diode required 100% dutycycle mode 关键特性 Auto discharge function: 5mA discharge current of VOUT when shutdown 型号 → → → → → RT9020 SOT-23-5 & SC-70-5 packages Dual LDO regulator In tiny CSP package RT9055 WL-CSP-6B 0.8x1.2 package 超低静态电流 LDO VOUT IOUT 产品描述 0.5V ~ VIN 0.4A 1.25MHz Buck Converter 0.6V ~ V IN 0.7V ~ VIN 0.6V ~ VIN 0.6V ~ VIN 0.6V ~ VIN 0.6V ~ VIN SG003-01 OCT 2015 0.6A 0.6A 1.0A 1.0A 1.0A 1.0A 1.5MHz Buck Converter 1.5MHz Buck Converter 1.5MHz Buck Converter 2.25MHz Buck Converter 1.5MHz Buck Converter 1.5MHz Buck Converter 关键特性 → → → → → → → PSM enhanced light load efficiency → → → → UDFN-6L 1.6x1.6 packages → → → → → → SOT-23-5 / TSOT-23-5 packages PSM enhanced light load efficiency SOT-23-5 / TSOT-23-5 packages PWM mode / low-dropout auto switch and shutdown mode Auto discharge function 型号 Sample 2.5V ~ 6.0V PSM enhanced light load efficiency RT8016 PWM operation VOUT 1.2V ~ 5.0V 100mA 4μA Sample RT8099 2.25MHz high operating frequency for reducing external component size 2.0V ~ 6.0V RT8008 0.5mm height low profile, ideal for applications with height limitations WDFN-6L 2x2 package VIN RT8025 1.2V ~ 5.5V 1.2V ~ 3.3V 0.9V ~ 3.3V 200mA 250mA 关键特性 型号 → TO-92, SOT-89, SOT-23-3 & SOT-23-5 packages → → With enable pin active high SOT-23-5 package 1μA → SOT-23-3 & SOT-89-3 packages 1μA → → SOT-23-5, SC-70-5 & SC-82 packages With EN pin RT9169 Sample RT9169H RT9063 RT9073 Sample RT8057A TSOT-23-5 / WDFN-6SL 2x2 packages PWM enhanced light load efficiency TSOT-23-5 package RT8059 PWM mode/ low-dropout auto switch and shutdown mode RT8080 WDFN-6L 2x2 package Sample 8 9 Copyright © Richtek Technology 2015 电池管理产品 锂离子电池的充电 锂离子电池的充电是个精细活，过度的充电可能导致不安全的状况。大多数充电器件都具有 在恒流充电期间，电池按照额定的充电电流进行充电。当电池电压升高至接近充电器件的调 预充、恒流充、恒压充、充电截至和自动复充的功能，这些功能在图 3 中予以显示。 整电压（根据电池类型不同，可为 4.2V 或 4.35V）时，充电进入恒压模式，充电电流也逐渐 减少。最高的调整电压是需要进行精确控制的，过高的充电电压可能导致电池的损坏，甚至 可能造成不安全的状况。 当电池电压已经与充电电压相等且充电电流下降至额定充电电流的某个百分比以下时，电池 就可以被认为已经充满，充电过程将终止。对于锂离子电池来说，持续进行的涓流充电是不 建议使用的，这将导致电池寿命的缩短。大多数充电器件会在电池电压跌落至某个水平（一 般是低于充满电压 0.1V~0.2V）时重启充电过程。 假如锂离子电池长期未被使用，最好是将其放电至 40%（约 3.7V）以后再充电以避免降低其 寿命。 充电期间的电池温度需要受到监控，当温度过高、过低时应当停止充电过程。对于大多数锂 离子电池来说，能够以正常参数进行充电的温度范围是 10°C ~ 45°C。如果温度低于 0°C 或 高于 60°C，则充电就应该终止。 电池管理器件的选择 立锜科技的锂离子电池充电 IC 产品众多，其工作方式分为线性方式和开关方式。线性方式充 电器件可用于容量高达 1000mAh 的锂离子电池，更大容量的电池就最好使用开关方式的充 图 3：锂离子电池充电模式 电器件了，它们可使用更大的电流（>1A）进行充电，同时也容许使用电压较高的电源适配器。 对于深度放电的电池，充电器件会在第一时间启用小电流的预充模式对电池的状态进行调整， 使之可以接受正常的充电操作。这种小电流预充也可以起到重启内部欠压保护电路的作用。 SG003-01 OCT 2015 10 11 Copyright © Richtek Technology 2015 线性充电器 开关式充电器 拥有 I2C 控制接口的开关方式充电 IC 具有众多功能，容许系统对充电参数和过程进行灵活的 控制。部分集成了 MOSFET 开关的器件还容许被设定为 Boost 工作模式，可将电池电压提 → Ideal for 1000mAh batteries 升至 5V 回送至 VIN 端，这恰好满足了 USB-OTG (On The Go) 应用的需求。 → Up to 1.2A current charger ICs → Auto power path management 锂离子电池充电器 产品描述 1.5A, I2C Switch-Mode Single Cell Li-Ion Battery Charger with USB On-The-Go (OTG) AC / USB 双输入充电器 产品描述 1.2A Linear Single Cell Li-ion Battery Charger 1.2A Linear Single Cell Li-ion Battery Charger with Input Over Voltage Protection 1.2A Linear Single Cell Li-ion Battery Charger with 4.9V/50mA LDO 关键特性 → → Automatic input supplies selection between AC and USB → → → → → → → → → → → → → → → → → NTC sense for battery temperature monitor Integrated selectable 100mA and 500mA USB charge current and 1A AC adapter charge current AC Power Good and charge status indicators 型号 1.55A, I2C Switch Mode Single Cell Li-ion Battery Charger with USB-OTG RT9502 Sample WDFN-10L 3x3 package Cost effective solution 28V(max) input rating for AC adapter Power good and charge status indicators Programmable charging current Adjustable end-of-charge(EOC) current 2 4.0A, I C Switch Mode Single Cell Li-ion Battery Charger with USB-OTG RT9526A Thermal feedback optimizing charge rate WDFN-8L 2x3 & SOT-23-6 package 28V(max) input rating for AC adapter 4.2V/2.3A factory mode 50mA LDO to support the power of peripheral circuit Programmable charging current Integrated selectable 100mA and 500mA USB charge current Power good and charge status indicators Sample 产品描述 RT9536 2A Asynchronous Switch Mode Battery Charger 自动电源路径管理特性赋予应用系统直接从适配器获得电源的特性，而且还能在适配器供电 不足时自动将电池纳入供电源行列，通常这种器件也具有更多的保护功能，如输入过压保护、 2A Asynchronous Switch Mode Battery Charger 输出短路保护和负载断开功能。 1.2A Linear Single Cell Li-ion Battery Charger with Auto Power Path Management and System Off 2 1.2A I C Linear Single Cell Li-ion Battery Charger with Auto Power Path Management and USB/AV Switch SG003-01 OCT 2015 → → → → → → → → → → → → → 4V-6V Input voltage → → → Ideal for 2,000mAh ~ 4,000mAh capacity batteries Synchronous 3MHz fixed frequency with up to 99.5% duty cycle Ideal for 2000mAh battery capacity RT9450A 4.3V-6V Input voltage Synchronous 1.5MHz fixed frequency with up to 95% duty cycle State machine controls via IRQ output RT9455 Ideal for 2,000mAh battery capacity All charge parameters can be executed via the I2C interface WL-CSP-16B 1.7x1.77 package 4.3V-12V Input voltage Synchronous 375kHz fixed frequency with up to 99.0% duty cycle USB OTG mode boosts the battery voltage to 5V and provides up to 1.6A current to the USB input RT9451 All charge parameters can be executed via the I C interface 2 WQFN-32L 4x4 package 通用型充电器 WDFN-10L 3x2 package 关键特性 型号 → → → → → → → → → → → → RT9532 内建自动电源路径管理 (Auto Power Path Management) 系列 产品描述 关键特性 型号 关键特性 → → → → → → → → → → → → → 型号 4.5V-28V input voltage Adjustable battery voltages from 2.5V-22V Internal Power MOSFETs 500kHz switching frequency RT9535A NTC sense for battery temperature monitor WQFN-16L 4x4 package 4.5V-28V input voltage Adjustable battery voltages from 2.5V-25V External Power MOSFETs Input current limit maximizes charging rate 475kHz switching frequency RT9538 Flag indicates Charging status WQFN-16L 4x4 package 28V(max) input rating for AC adapter Auto Power Path Management(APPM) with system off Adjustable Power current limit 0.1/0.5/1.5A NTC sense for battery temperature monitor Power good and charge status indicators RT9525 Sample WQFN-16L 3x3 package 28V(max) input rating for AC adapter Integrated 3.3V LDO for NTC sense circuitry Auto Power Path Management(APPM) USB/Audio/Video switches Termination, timer, charge current and VSYS settings through I2C RT9528 Interrupt status, power good and charge status indicators WQFN-28L 4x4 package 12 13 Copyright © Richtek Technology 2015 EZPBS™ 移动电源解决方案 电池电量计 → SOC based on dynamic voltage measurements and battery voltaic model → EZPBS™ highly integrated single chip solution → Ideal for 3,000mAh battery capacity → ±7.5mV highly accurate voltage measurement 产品描述 → In many battery applications it is important to know how much charge is left in the battery. EZPBS™ Integrated Chip with Two Ports Output 库伦计数法 — 传统的电量计 了解电池充电状态 (SOC) 的传统方法是库伦计数法。从理论上来说，这种方法是精确的，但 却饱受时间累计误差之苦。这种方法的成本也高，因为它必须使用电流检测电路。 4.0A, I2C Switch Mode Single Cell Li-ion Battery Charger with USB OTG 立锜的新方案 基于动态电压测量的电池容量计算法是一种全新的方法，它利用实时测量的电池电压结合电 池的动态模型对电池储能状况进行计算，没有误差累积效应，这种方法被使用在立锜的电量 EZPBS™ Integrated Chip with Switch Charger 及产品 RT9420 和 RT9428 中。 这些 IC 在系统中和电池连接在一起对电池电压进行精确的测量，内置在 IC 中的算法对电池 2 容量状况进行计算，计算结果通过 I C 总线发送给系统控制器。 关键特性 → → → → Easy-to-use Power Bank Solution (EZPBS™) → → → → → → → → Support dual USB output (Total 2.5A ) → → → → → → → 型号 Compact BOM elements with EZPBS™ single chip Support charging and discharging at the same time by smart algorithm 1.2A linear charger, asynchronous Boost with dual output load management and a torch function support included RT9480 Support one sync-boost up to 2.5A Battery state of charge(SoC) indicator by 4LEDs WQFN-24L 4x4 package Provide up to 1.6A USB output current in OTG mode for power bank WQFN-32L 4x4 package RT9451 Easy-to-use Power Bank Solution (EZPBS™) Built-in USBOUT DCP Controller, Attach/ Detach Detection, Light Load Detection Built-in Adapter Detection with BC1.2 Charge Voltage Regulation form 3.65V to 4.6V Charge Current Regulation form 0.7A to 2.7A RT9481 All charge parameters can be executed via the I2C interface 750kHz switching frequency Current Regulation of Load Switch for 3A WQFN-24L 4x4 package 为了进行精确的 SOC 计算，系统所用电池的数学模型需要在设计阶段就要被了解清楚，由 温度和充 / 放电过程所带来的效应都会被涵盖在其中。 产品描述 I2C Host-side Single Cell Li-ion Battery gauge I2C Host-side Single Cell Li-ion Battery gauge SG003-01 OCT 2015 关键特性 → ±3% State-of-Charge (SOC) error under general charging/discharging → → Precise voltage measurement ±12.5mV accuracy → → → → → → No accumulation error on capacity calculation → → → Accurate relative capacity(RSOC) calculated from Voltaic Gauge algorithm with temperature compensation 型号 RT9420 No battery relearning necessary and no current sense resistor required WDFN-8L 2x3 package ±3% State-of-Charge (SOC) error under general charging/discharging Precise voltage measurement ±7.5mV accuracy Accurate relative capacity(RSOC) calculated from Voltaic Gauge algorithm with temperature compensation No accumulation error on capacity calculation RT9428 No battery relearning necessary and no current sense resistor required WL-CSP-8B 1.6x1.52 (BSC) package 14 15 Copyright © Richtek Technology 2015 Wireless Power Receiver Solution 前端保护 IC Robust and flexible WPC Qi compliant 7.5W wireless power receiver RT9718 是全集成的用于保护使用锂离子电池供电的系统免受高达 28V 非正常电压攻击的保护 电路。 RT9718 对输入电压、电池电压和输入电流进行监控。在输入电压超出过压保护电压时， RT9718 将在 1μs 内断开 MOSFET，以避免在可能的危害发生前将电源移除。另外，RT9718 可以在电池不存在的情况下为系统提供电压输出。 产品描述 28V Over Voltage Protection IC 产品描述 Wireless power receiver 关键特性 → → → Highly integrated with on-board 32-bit ARM-Cortex-M0 MCU → A high efficiency fully synchronous rectifier stage and a low drop 1.5A linear post regulator stage → → → 关键特性 → → → → 型号 Fully integrated protection function: programmable OCP, input OVP and battery OVP Over voltage turn off time less than 1μs High accuracy protection threshold RT9718 WDFN-8L 2x2 package 型号 Very flexible with a user configurable MTP memory Compliant with the WPC1.1 for low power up to 5W and WPC1.2.0 for medium power up to 7.5W A special headroom control system regulates the LDO headroom for optimal balance between transient response and system efficiency up to 80% RT1650 Supporting both adapter input and wireless power transfer input CSP 3.0mmx3.4mm 48B (pitch=0.4mm) in 0.55mm low profile Find out more in the application note for the basic principles of Wireless Power Transfer, Wireless Power standards and the Qi WPC1.1 low power standard, and a practical example of the WPC1.1 5W application where a Nokia DT601 wireless power transmitter is paired with the wireless power receiver RT1650 evaluation board. SG003-01 OCT 2015 16 17 Copyright © Richtek Technology 2015 设计资源 锂离子电池及电池电量计介绍 何昌祐 , RD 處長 大公开 - 自已做一个安全与效能兼 具的行动电源 电池管理可视为是电源管理的一部分。电池管 如何自己做一个安全又高效能的移动电源？ 理中，电量计是负责估计电池容量。其基本功 目前流行的自造移动电源 DIY，要如何挑选 能为监测电压，充电 / 放电电流和电池温度， 核心的行动电源控制芯片？最重要的是芯片 并估计电池荷电状态 (SOC) 及电池的完全充 的保护功能、转换效率。立锜科技 RT9480 电容量（FCC）。有两种典型估计电池荷电 EZPBS™ 电源控制芯片 ... 状态的方法：开路电压法（OCV）和库仑计 http://v.youku.com/v_show/id_XMTM1ODgwMjgyNA==.html 量法。另一种方法是由 RICHTEK 所设计的动 态电压算法 ... http://www.richtek.com/Design Support/Technical Document/AN024 锂离子电池管理中的问题与解决方案 基于锂离子电池的应用设计 郑刚 , 项目经理 Roland van Roy, 资深 FAE 锂离子 / 聚合物电池（以下均简称锂离子电 与其它类型的二次电池相比，锂离子电池具有 池）是以锂合金的金属氧化物为阳极材料、以 以下优点： 重量轻，其能量密度是镍 - 镉电 石墨为阴极材料、使用非水电解质的可充电电 池的两倍；自放电比镍 - 镉电池少 6 ～ 8 倍； 池。根据阳极所用材料的不同，不同种类的锂 没有记忆效应；单元电压大约 3.6 伏，属于较 离子电池也表现出不同的特性，它们最明显的 高水平，通常能满足大多数应用的需要。这些 电特性上的差异就表现在不同的公称电压上， 特点让锂离子电池在便携式电子产品中得到 与之相应的充电终止电压和放电截止电压也 各自不同 ... http://www.richtek.com/Design Support/Technical 器件参数搜索引擎 广泛的应用 ... 依需求搜寻符合条件的 IC http://www.richtek.com/Design Support/Technical http://www.richtek.com/Parametric Search/Parametric Search?tree_ID=27 Document/AN025 Document/AN023 SG003-01 OCT 2015 18 19 无线充电应用大公开：点亮你的无 线 LED 灯 视频中介绍了无线充电的原理，并列出了立锜 晶片 RT1650 的应用。RT1650 是符合 Qi 标 准的无线电源接收端，功率最高可达 7.5W。 http://v.youku.com/v_show/id_XMTM0MTk0NzQ5Mg==.html Copyright © Richtek Technology 2015 SG003-01 OCT 2015 20