TP4056：4.2V，1A恒流恒压线性锂离子电池充电芯片详解

今天讲的是一款恒流恒压线性锂离子电池充电芯片TP4056，主要分为以下几个方面：

1. TP4056是什么？

2. TP4056引脚图

3. TP4056主要特征

4. TP4056内部结构

5. TP4056工作原理

6. TP4056典型电路

7. 总结

1. TP4056是什么？

TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8/MSOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。

由于采用了内部P-MOS架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。

当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，TP4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。TP4056在有电源时也可置于停机模式，以而将供电电流降至 55uA。TP4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。

TP0456实物图.png

图 1 TP4056芯片实物图

2. TP4056引脚图

TP4056引脚图.png

图 2 TP4056引脚图

【引脚1】TEMP：电池温度检测输入端。

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45％或者大于输入电压的80％，意味着电池温度过低或过高，则充电被暂停。如果TEMP直接接GND，电池温度检测功能取消，其他充电功能正常。

【引脚2】PROG：恒流充电电流设置和充电电流监测端。

从PROG管脚连接一个外部电阻到地端可以对充电电流进行编程。在预充电阶段，此管脚的电压被调制在0.1V；在恒流充电阶段，此管脚的电压被固定在1V。在充电状态的所有模式，测量该管脚的电压都可以根据下面的公式来估算充电电流：

【引脚3】GND：电源地。

【引脚4】Vcc：输入电压正输入端。

此管脚的电压为内部电路的工作电源。当Vcc与BAT管脚的电压差小于30mV时，TP4056将进入低功耗的停机模式，此时BAT管脚的电流小于2uA。

【引脚5】BAT：电池连接端。

将电池的正端连接到此管脚。在芯片被禁止工作或者睡眠模式，BAT管脚的漏电流小于 2uA。BAT管脚向电池提供充电电流和4.2V的限制电压。

【引脚6】STDBY(____________)：电池充电完成指示端。

当电池充电完成时STDBY(_________)被内部开关拉到低电平，表示充电完成。除此之外，STDBY(_________)管脚将处于高阻态。

【引脚7】CHRG(__________)：漏极开路输出的充电状态指示端。

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；否则管脚处于高阻态。

【引脚8】CE：芯片始能输入端。

高输入电平将使TP4056处于正常工作状态；低输入电平使TP4056处于被禁止充电状态。CE管脚可以被TTL电平或者CMOS电平驱动。

3. TP4056主要特征

（1）高达 1000mA 的可编程充电电流;

（2）无需 MOSFET、检测电阻器或隔离二极管;

（3）用于单节锂离子电池、采用SOP封装的完整线性充电器;

（4）恒定电流/恒定电压操作，并具有可在无过热危险的情况下实现充电速率最大化的热调节功能;

（5）精度达到±1%的4.2V预设充电电压;

（6）用于电池电量检测的充电电流监控器输出;

（7）自动再充电;

（8）充电状态双输出、无电池和故障状态显示;

（9）C/10充电终止;

（10）待机模式下的供电电流为55uA;

（11）2.9V涓流充电;

（12）软启动限制了浪涌电流;

（13）电池温度监测功能;

（14）采用8引脚SOP-PP/MSOP-PP封装;

4. TP4056内部结构

图 3 TP4056内部结构图

5. TP4056工作原理

TP4056是专门为一节锂离子或锂聚合物电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达1A，不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。TP4056包含两个漏极开路输出的状态指示输出端，充电状态指示端CHRG(_________)和电池故障状态指示输出端STDBY(_________)。芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过145℃时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度的利用芯片的功率处理能力，不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。这样，用户在设计充电电流时，可以不用考虑最坏情况，而只是根据典型情况进行设计就可以了，因为在最坏情况下，TP4056会自动减小充电电流。

当输入电压大于电源低电压检测阈值和芯片使能输入端接高电平时，TP4056开始对电池充电，CHRG(_________)管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由 PROG管脚和GND之间的电阻RPROG确定。当电池电压接近4.2V电压时，充电电流逐渐减小，TP4056进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束，CHRG(_________)端输出高阻态，STDBY(_________)端输出低电位。

充电结束阈值是恒流充电电流的10%。当电池电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的电压基准源，误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的精度在1%以内，满足了锂离子电池和锂聚合物电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。如果将使能输入端CE接低电平，充电器停止充电。

充电电流是采用一个连接在PROG引脚与地之间的电阻器来设定的。设定电阻器和充电电流采用下列公式来计算：

根据需要的充电电流来确定电阻器阻值，

电阻器阻值确定公式.png