2024年11月6日发(作者：聂萍韵)
TP5100
南京拓微集成电路有限公司
NanJing Top Power ASIC Corp.
数据手册
DATASHEET
TP5100
2A开关降压8.4V/4.2V锂电池
充电器芯片
1 REV_2.3
TP5100
概述
TP5100是一款开关降压型双节8.4V/单节4.2V锂电池充电管理芯片。其QFN16超小型封装
与简单的外围电路，使得TP5100非常适用于便携式设备的大电流充电管理应用。同时，TP5100
内置输入过流、欠压保护、芯片过温保护、短路保护、电池温度监控。
TP5100具有5V-12V输入电压，对电池充电分为涓流预充、恒流、恒压三个阶段，涓流预
充电电流、恒流充电电流都通过外部电阻调整，最大充电电流达2A。TP5100采用频率400kHz
的开关工作模式使它可以使用较小的外围器件，并在大电流充电中仍保持较小的发热量。
TP5100内置功率PMOSFET、防倒灌电路，所以无需防倒灌肖特基二极管等外围保护。
特性
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绝对最大额定值
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双/单节8.4V/4.2V锂电池充电
内置功率MOSFET,开关型工作模式，
器件发热少，外围简单
可编程充电电流，0.1A--2A
可编程预充电电流，20%--100%
红绿LED充电状态指示
芯片温度保护，过流保护，欠压保护
电池温度保护、电池短路保护
开关频率400KHz，可用电感4.7uH-22uH
PWR_ON-电源、电池供电切换控制
小于1％的充电电压控制精度
涓流、恒流、恒压三段充电，保护电池
采用QFN16 4mm*4mm 超小型封装
静态输入电源电压（VIN）：18V
BAT：0V～9V
BAT短路持续时间：连续
最大结温：120℃
工作环境温度范围：-20℃～85℃
贮存温度范围：-30℃～125℃
引脚温度（焊接时间10秒）：260℃
便携式设备、各种充电器
智能手机、PDA、移动蜂窝电话
MP4、MP5播放器、平板电脑
航模、电动工具、对讲机
应用
■
■
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典型应用
VIN=12V
0.2Ω（建议两个0.4并联，1206封装）
1K
1. 4. 5. 16
10uF
0.1uF
13
6
CS
VIN
LX
10uH
2.3
S
S
3
4
VS
Rs=0.067
1
0
u
F
1
0
u
F
BAT+
3Ω
PWR_ON-
G
R
15
14
10
12
5
0
K
VS
CHRG
R
N
T
C
R
2
STDBY
VREG
RTRICK
GND
7
BAT
9
TS
11
R
1
0.1uF
图1 TP5100为8.4V双节锂离子电池1.5A充电应用示意图
（如需更高耐压，LX端RC电路需接入）
2 REV_2.3
0
.
1
u
F
0
.
1
u
F
TP5100
0.1nF
8
8.4V
2SLi
TP5100
VIN=5-12V
0.2Ω（建议两个0.4并联，1206封装）
1K
1. 4. 5. 16
10uF
0.1uF
13
6
CS
VIN
LX
10uH
2.3
3Ω
VS
Rs=0.067
BAT+
PWR_ON-
G
R
15
14
10
12
VS
CHRG
VREG
RTRICK
GND
7
TS
11
图2 TP5100为4.2V单节锂离子电池1.5A充电应用示意图
封装/订购信息
订单型号
TP5100-QFN16
器件标记
TP5100
实物图片
16引脚4mm*4mmQFN16封装顶视图
（散热片接地）
3
R
1
0.1uF
5
0
K
R
N
T
C
R
2
STDBY
BAT
9
0
.
1
u
F
0
.
1
u
F
TP5100
0.1nF
8
S
S
3
4
1
0
u
F
1
0
u
F
4.2V Li
REV_2.3
TP5100
TP5100功能方框图
图3 TP5100功能框图
4 REV_2.3
TP5100
电特性
表1 TP5100电特性能参数
凡注●表示该指标适合8.4V、4.2V模式，否则仅指8.4V，T
A
=25℃，VIN=9V，除特别注明。
符号
VIN
参数
输入电源电压
条件
●
无电池模式，R
S
=0.1Ω
最小值 典型值 最大值
4.5
150
120
120
120
4.158
8.316
●
●
●
●
●
●
●
●
● 0%
5.6
2.8
60
●
●
3.5
150
60
5
●
●
●
● 43
80
5.8
2.9
80
3.6
200
100
30
0.3
0.3
>80
<45
150
110
170
200
6.0
3.0
100
3.8
300
140
50
0.6
0.6
82
900
1400
0
0
240
350
4.2
8.4
1000
1500
－1
－1
300
400
100%
12
180
140
140
140
4.242
8.484
1100
1600
－1
－1
360
500
单位
V
μA
μA
μA
V
V
mA
mA
μA
μA
mA
KHz
●
●
●
I
CC
输入电源电流
待机模式（充电终止）
停机模式（CS=GND，
V
in
BAT ，或V in UV ） V FLOAL 充电截止电压 BAT引脚电流: 4.2V锂离子电池 8.4V锂离子电池 R S =0.1Ω，恒流模式 R S =0.067Ω，恒流模式 I BAT (电流模式测试条件是 CS=VREG、电池=7.5V) 待机模式，V BAT =8.4V VIN=0V ， V BAT =8.4V I TRIKL 涓流预充电电流 R TRICK =50K 振荡频率 最大占空比 最小占空比 涓流充电门限电压（8.4V） 涓流充电门限电压（4.2V） 涓流充电迟滞电压 V IN 欠压闭锁门限 1.2V BAT < V TRIKL ， R S =0.067 F D MAX D MIN V TRIKL R S =1Ω，V BAT 上升 V mV V mV mV mV V V %*VREG %*VREG mV ℃ mΩ uS V TRHYS R S =1Ω V UV 从V IN 低至高 V UVHYS V IN 欠压闭锁迟滞 V ASD V IN -V BAT 闭锁门限电压 V IN 从低到高 V IN 从高到低 V CHRG V STDBY V TEMP-H CHRG 引脚输出低电压 I CHRG =5mA I STDBY =5mA STDBY 引脚输出低电平 TEMP引脚高端关机电压 TEMP引脚低端关机电压 再充电电池门限电压 芯片保护温度 功率FET“导通”电阻 软启动时间 再充电比较器滤波时间 终止比较器滤波时间 V TEMP-L ΔV RECHRG V FLOAT -V RECHRG ● T LIM R ON t ss I BAT =0至I BAT =0.1V/Rs 20 0.8 0.8 1.8 1.8 4 4 t RECHARGE V BAT 高至低 mS mS t TERM I BAT 降至C/10以下 5 REV_2.3 TP5100 典型性能指标（CS设置为8.4V锂电池充电模式） 8.430 8.420 8.410 V F L O A T ( V ) TA=25℃ Rs=0.1 8.430 8.420 8.410 V P R O G ( V ) V CC =9V Rs=0.1 V CC =9V TA=25℃ Rs=0.06 1500 I B A T ( m A ) 8.400 8.390 8.400 8.390 750 8.380 8.380 8.370 99.51010.51111.512 8.370 -50-25 V CC (V) TEMPERATURE(℃) 截止电压与电源电压关系 截止电压与环境温度关系 100% 90% 80% 效 率 70% 60% TA=25℃ 50% Rs=0.1 L=10uH 40% 99.51010.51111.512 V CC (V) 效率与电源电压关系 6 短路 0 模式 02.06.67.27.88.4 9.0 V BAT (V) 充电电流与电池电压关系 REV_2.3 引脚功能 VIN（引脚1、4、5、16）：输入电压正输 入端。此管脚的电压为内部电路的工作电 源，VIN的变化范围在5V至12V之间，串 接0.2欧姆的耗散电阻，并通过一个10μF 和0.1μF的电容进行旁路。当VIN和V BAT 压差低于30mV时，TP5100进入停机模式， 从而使I BAT 降至1μA。 LX（引脚2、3）：内置PMOS功率管漏极 连接点。LX为TP5100的电流输出端与外 部电感相连作为电池充电电流的输入端。 高输入电压下外部需接RC电路 。 PWR_ON-(引脚6)：电源切换控制引脚。 当芯片接电源时，PWR_ON-被内部开关拉 到低电平,驱动PMOS导通，当芯片不接电 源时，PWR_ON-被内部开关拉到高电平为 BAT端电池电压，驱动PMOS关断。此引 脚可以用于电源供电切换，也可用作检测 电源上电建立是否正常。 GND（引脚7）：电源地。 VS（引脚8）：输出电流检测的正极输入 端。 BAT（引脚9）：电池电压检测端。将电池 的正端连接到此管脚。 VREG（引脚10）：内部电源。VREG是 一个内部电源，它外接一个0.1uF旁路电 容到地，可以最大驱动5mA。 TS（引脚11）：电池温度检测输入端。将 TS管脚接到电池的NTC（负温度系数热 敏电阻）传感器的输出端。如果TS管脚 的电压小于VREG的45%或者大于VREG 电压的80%，意味着电池温度过低或过高， 则充电被暂停。如果TS直接接GND，电 池温度检测功能取消，其他充电功能正常。 RTRICK（引脚12）：涓流预充电流设置 端。将RTRICK引脚接50K电阻到地则预 充电电流为20%设置恒流，通过外接电阻 可以设置预充电电流。如果RTRICK悬空 则预充电电流等于恒流电流。 CS（引脚13）：锂离子状态片选输入端。 CS端高输入电平（VREG）将使TP5100 TP5100 处于锂离子电池充电8.4V关断电压状态。 CS端悬空使TP5100处于锂离子电池4.2V 关断电压状态。低输入电平使TP5100处 于停机状态。CS端可以被TTL或者CMOS 电平驱动控制。 STDBY （引脚14）：绿灯电池充电完成 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。 CHRG （引脚15）：红灯充电中状态指 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 CHRG 管脚处于高阻态。 工作原理 TP5100是专门为双节8.4V/单节4.2V 锂离子电池而设计的开关型大电流充电器 芯片，利用芯片内部的功率晶体管对电池 进行涓流、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2A，不需要另加防倒灌二极管。 TP5100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 充满状态指示输出端 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。 当输入电压大于芯片启动阈值电压和 芯片使能输入端接高电平（VREG）或者 悬空时，TP5100开始对电池充电， CHRG 管脚输出低电平，表示充电正在进行。如 果双节锂离子电池电压低于5.8V（单节锂 电子池电压低于2.9V），充电器用小电流 对电池进行涓流预充电（预充电电流通过 外接电阻可调）。恒流充电电流由VS管脚 和VBAT管脚之间的电阻确定。当双节锂 离子电池电压接近8.4V（单节锂离子电池 接近4.2V）时，距离充电截止电压约50mV （根据不同的电路连接电阻与电池内阻电 压不同），充电电流逐渐减小，TP5100进 入恒压充电模式。当充电电流减小到截止 7 REV_2.3 电流时，充电周期结束， CHRG 端输出高 阻态， STDBY 端输出低电位。当电池电压 降到再充电阈值（双节锂离子电池8.1V/ 单节锂离子电池4.05V）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 池端截止电压的精度在±1%以内，满足了 锂离子电池的充电要求。当输入电压掉电 或输入电压低于电池电压时，充电器进入 低功耗的停机模式，无需外接防倒灌二极 管，电池从芯片的漏电接近1μA。 充电截止电压选择 TP5100具有双节/单节锂电池两种充 电截止电压的选择。当CS端连接高电位 VREG时，为8.4V双节锂离子电池充电标 准，截止电压8.4V。当CS端悬空，为单 节锂离子电池电池充电标准，截止电压 4.2V。当将CS端接低电平GND时，充电 器停止充电。TP5100的CS端的复合设计， 可以通过外部控制决定TP5100处于充电 模式与停机模式的切换。当CS端悬空， 表示TP5100为单节锂离子电池充电。 8.4V双节锂离子电池充电状态与停 机模式的切换。如图4所示，通过一个开 漏输出端口与CS端连接，如果NMOS管 栅极输入低电平，N1截止，此时CS端接 高电平，则充电截止电压为8.4V，TP5100 为双节锂离子电池充电。当NMOS管栅极 输入高电平，N1导通，此时CS端被下拉 到GND，TP5100为停机模式。VREG引 脚可以输出5mA驱动电流，上拉电阻可选 1K-100K。 图4 受外部控制的8.4V锂离子电池充电 状态与停机状态的切换 TP5100 充电电流设置 电池充电的电流I BAT ,由外部电流检 测电阻Rs确定，Rs可由该电阻两端的调整 阈值电压Vs和恒流充电电流的比值来确 定，恒流状态下Rs两端的电压为100mV。 图5 电池的充电电流设置 设定电阻器和充电电流采用下列公式来计 算： R 0.1V S = I （电流单位A，电阻单位 ） BAT 举例： 需要设置充电电流1A，带入公式计算得 Rs=0.1 表2给出了一些设置不同电流对应的Rs 电阻，方便快速设计所需电路。 表2：Rs及其对应的恒流充电电流 R S ( ) I BAT (mA) 1 100 0.2 500 0.1 1000 0.067 1500 0.05 2000 涓流预充电流设置 如果电池电压低于预充电门限电压， TP5100将启动一个预充电过程对电池充 电，TP5100的预充电电流可以通过TRICK 端口设置。预充电电流是采用一个连接在 TRICK管脚与地之间的电阻器来设定的。 8 REV_2.3 图6 TRICK端内部电路图 从上图6中可以看出，如果R TRICK 端 口接50K电阻到地，那么预充电电流为恒 流充电电流的1/5。此引脚仅更改涓流电 流，关断电流不受此影响，仍为10%恒流 电流。 设定电阻器和预充电电流采用下列公 式来计算： R= 400kI TRICK −40kI BAT TRICK I BAT −I TRICK 为了方便客户快速设计，表3给出了R TRICK 及其设定的预充电涓流电流与恒流电流 I BAT 的关系。 表3：R TRICK 及其设定的涓流电流与恒流 电流I BAT 的关系： R TRICK (K) I TRICK (mA) 50K 20% I BAT 114K 30% I BAT 320K 50% I BAT 引脚悬空 100% I BAT 充电终止 恒压阶段,当充电电流降到最大恒流 值的1/10时，充电循环被终止。该条件是 通过采用一个内部滤波比较器对Rs的压 降进行监控来检测的。当Rs两端电压差至 10mV以下的时间超过 t TERM (一般为 1.8ms)时，充电被终止。充电电流被关断， TP5100进入待机模式，此时输入电源电流 降至120μA,电池漏电流流出约1μA。 在待机模式中，TP5100对BAT引脚 9 TP5100 电压进行连续监控。如果双节锂离子电池 该引脚电压降到8.25V（单节锂电池电压 降到4.05V）的再充电电门限 V RECHRG 以 下，则新的充电循环开始并再次向电池供 应电流。 充电状态指示器 TP5100有两个漏极开路状态指示输 出端， CHRG 和 STDBY 。当充电器处 于充电状态时， CHRG 被拉到低电平，在 其他状态， CHRG 处于高阻态。当电池的 温度处于正常温度范围之外， CHRG 和 STDBY 管脚都输出高阻态。当不用状态 指示功能时，可将不用的引脚连接到地。 表4：充电指示状态 绿灯红灯 STDBY CHRG 充电状态 灭 亮 正在充电状态 亮 灭 电池充满状态 欠压，电池温度过 灭 灭 高、过低等故障状 态或无电池接入 （TS端使用） 绿灯亮，红灯闪烁 BAT端接10u电容， T=0.5-1S 无电池待机状态 （TS接地） 电源、电池供电切换控制 TP5100集成了电源、电池供电切换控 制引脚PWR_ON-。当VIN输入后， PWR_ON- 输出低电位，可以导通PMOS。 当VIN去掉后，PWR_ON-输出高电位（电 池电压）可以关闭PMOS。 图7供电切换控制示意图 REV_2.3 电池温度监测 为了防止温度过高或者过低对电池 造成的损害，TP5100内部集成有电池温度 监测电路。电池温度监测是通过测量TS 管脚的电压实现的，TS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1所示。 TP5100将TS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 TP4056内部，V LOW 被固定在45%×VREG， V HIGH 被固定在80%×VREG。如果TS管 脚的电压V TS LOW 或者V TS >V HIGH ，则 表示电池的温度太高或者太低，充电过程 将被暂停；如果TS管脚的电压V TS 在V LOW 和V HIGH 之间，充电周期则继续。 如果将TS管脚接到地线，电池温度 监测功能将被禁止。 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，R TH 为其在温度TH 时的阻值，则R TL ＞R TH ，那么，在温度 TL时，第一管脚TS端的电压为： V TSL = R2//R TL R1+R2//R VREG TL 在温度T H 时，第一管脚TS端的电压为： V TSH = R2//R TH R1+R2//R VREG TH 然后由 V TSL ＝V HIGH ＝K2×VREG (K2=0.8) V TSH ＝V LOW ＝K1×VREG (K1=0.45) 则可解得： R1= R TL R TH (K 2 −K 1 ) (R TL −R TH )K 1 K 2 R2= R TL R TH (K 2 −K 1 ) R TL (K 1 −K 1 K 2 )−R TH (K 2 −K 1 K 2 ) TP5100 同理，如果电池内部是正温度系数 （PTC）的热敏电阻，则＞，我们可以计 算得到： R1= R TL R TH (K 2 −K 1 ) (R TH −R TL )K 1 K 2 R2= R TL R TH (K 2 −K 1 ) R TH (K 1 −K 1 K 2 )−R TL (K 2 −K 1 K 2 ) 从上面的推导中可以看出，待设定的 温度范围与电压VREG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的推导也变得简单， 在此不再赘述。 芯片内部热限制 如果芯片温度试图升至约110℃的预 设值以上，则一个内部热反馈环路将减小 设定的充电电流。该功能可防止TP5100 过热，并允许用户提高给定电路板功率处 理能力的上限而没有损坏TP5100的风险。 在保证充电器将在最坏情况条件下自动减 小电流的前提下，可根据典型（而不是最 坏情况）环境温度来设定充电电流。 限流及输出短路 TP5100内部集成多种保护，芯片输入 端限流最大峰值电流3A，以防止电流过大 引起芯片损坏。当输出端电压低于约 1.2V，芯片进入短路保护模式，芯片输入 电流限流为最大峰值电流的10%约 450mA。电流大小随输入电压的不同有差 异。 自动再启动 一旦充电循环被终止，TP5100立即采 用一个具有1.8mS滤波时间（ t RECHARGE ） 的比较器来对BAT引脚上的电压进行连 续监控。当电池电压降至电池容量的90％ 以下时，充电循环重新开始。这确保了电 REV_2.3 10 池被维持在（或接近）一个满充电状态。 在再充电循环过程中， CHRG 引脚输出重 新进入一个强下拉状态。 图9 一个典型锂离子电池充电循环状态 图 欠压闭锁 一个内部欠压闭锁电路对输入电压进 行监控，并在Vin升至欠压闭锁门限以上 之前使充电器保持在停机模式。UVLO电 路将使充电器保持在停机模式,电池无放 电电流。如果UVLO比较器发生跳变，则 在VIN升至比电池电压高50mV之前充电 器将不会退出停机模式。这样客户不用担 心在输入电源不足情况下电池电量被泄 放。 TP5100 输入、输出、VS端电容 可以使用多种类型电容器，但需要高 品质的功率电容。用多层陶瓷电容器时尤 其必须谨慎，有些类型的陶瓷电容器具有 高EMI值的特点，因此，在某些条件下（比 如将充电器输入与一个工作中的电源相 连）有可能产生高的电压瞬态信号损坏芯 片，建议串联一个0.2欧姆的耗散电阻（选 用功率大的电阻），以及采用10μF和0.1μF 电容或X5R或X7R材质陶瓷电容，并且 电容连接位置务必靠近芯片引脚。 热考虑 虽然QFN16封装的外形尺寸很小，但 其散热特性很好，然而需要PCB版的设计 配合为佳，最好采用一个热设计精良的 PCB板布局以最大幅度地增加可使用的充 电电流。用于耗散IC所产生的热量的散热 通路从芯片至引线框架，并通过芯片底部 散热片到达PCB板铜面。引脚相连的铜箔 面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大 的铜面积，以便将热量散播到周围环境中。 建议至内部或背部铜电路层的多加通孔， 改善充电器的总体热性能。当进行PCB板 布局设计时，电路板上与充电器无关的其 他热源也是必须予以考虑的，因为它们将 对总体温升和最大充电电流有所影响。 电感选择 为了保证系统稳定性，在预充电和恒 流充电阶段，系统需要保证工作在连续模 式（CCM）。根据电感电流公式： I= 1 LFS V IN −V BAT V IN V BAT 其中 I 为电感纹波、FS为开关频率，为 了保证在预充电和恒流充电均处于CCM 模式， I 取预充电电流值，即为恒流充电 的1/5，根据输入电压要求可以计算出电感 值。 电感取值4.7uH-22uH，推荐使用推荐 10uH。 电感额定电流选用大于充电电流，内 阻较小的功率电感。 REV_2.3 11 TP5100 封装描述 4mm*4mm 16引脚QFN封装 12 REV_2.3 TP5100 TP5100其他应用电路 VIN=5-12V 0.2Ω（建议两个0.4并联，1206封装） 10uH LX 2.3 3Ω 1K 1. 4. 5. 16 10uF 0.1uF 13 6 CS VIN VS Rs=0.067 BAT+ PWR_ON- G R 15 14 10 12 VS CHRG STDBY VREG RTRICK GND 7 TS BAT 9 11 0.1uF 图10 TP5100为4.2V锂离子电池无电池温度保护恒流1.5A充电应用示意图 TP5100使用注意事项 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 电路中电容都应尽量靠近芯片。 VS端VIN端与BAT端使用0.1uF并上10u电解电容、X5R或X7R级别陶瓷电容。 电感请选用电流能力足够的功率电感。 肖特基二极管选用导通压降小电流能力大于等于2A的肖特基二极管。 对于VIN及LX通过电流回路的走线应比普通信号线更宽。 注意各电容接地线节点位置，应尽量使接地点集中，良好接地。 使用芯片在大电流工作中，应考虑芯片底部散热片与PCB的良好连接，保证散热良好。 版本历史 日期 2012.10.31 2020.11.17 2021.5.13 2022.7.19 2022.9.5 5 0 K 版本说明 旧版本 修改电路中二极管的图标；修改部分描述 修改输入参数，以及温度检测方式 修改涓流比例。 修改电路，提升耐压。 0 . 1 u F 0 . 1 u F TP5100 0.1nF 8 S S 3 4 1 0 u F 1 0 u F 4.2V Li 版本 REV_2.0 REV_2.1 REV_2.2 REV_2.3 13 REV_2.3 2024年11月6日发(作者：聂萍韵) TP5100 南京拓微集成电路有限公司 NanJing Top Power ASIC Corp. 数据手册 DATASHEET TP5100 2A开关降压8.4V/4.2V锂电池 充电器芯片 1 REV_2.3 TP5100 概述 TP5100是一款开关降压型双节8.4V/单节4.2V锂电池充电管理芯片。其QFN16超小型封装 与简单的外围电路，使得TP5100非常适用于便携式设备的大电流充电管理应用。同时，TP5100 内置输入过流、欠压保护、芯片过温保护、短路保护、电池温度监控。 TP5100具有5V-12V输入电压，对电池充电分为涓流预充、恒流、恒压三个阶段，涓流预 充电电流、恒流充电电流都通过外部电阻调整，最大充电电流达2A。TP5100采用频率400kHz 的开关工作模式使它可以使用较小的外围器件，并在大电流充电中仍保持较小的发热量。 TP5100内置功率PMOSFET、防倒灌电路，所以无需防倒灌肖特基二极管等外围保护。 特性 ■ ■ 绝对最大额定值 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 双/单节8.4V/4.2V锂电池充电 内置功率MOSFET,开关型工作模式， 器件发热少，外围简单 可编程充电电流，0.1A--2A 可编程预充电电流，20%--100% 红绿LED充电状态指示 芯片温度保护，过流保护，欠压保护 电池温度保护、电池短路保护 开关频率400KHz，可用电感4.7uH-22uH PWR_ON-电源、电池供电切换控制 小于1％的充电电压控制精度 涓流、恒流、恒压三段充电，保护电池 采用QFN16 4mm*4mm 超小型封装 静态输入电源电压（VIN）：18V BAT：0V～9V BAT短路持续时间：连续 最大结温：120℃ 工作环境温度范围：-20℃～85℃ 贮存温度范围：-30℃～125℃ 引脚温度（焊接时间10秒）：260℃ 便携式设备、各种充电器 智能手机、PDA、移动蜂窝电话 MP4、MP5播放器、平板电脑 航模、电动工具、对讲机 应用 ■ ■ ■ ■ 典型应用 VIN=12V 0.2Ω（建议两个0.4并联，1206封装） 1K 1. 4. 5. 16 10uF 0.1uF 13 6 CS VIN LX 10uH 2.3 S S 3 4 VS Rs=0.067 1 0 u F 1 0 u F BAT+ 3Ω PWR_ON- G R 15 14 10 12 5 0 K VS CHRG R N T C R 2 STDBY VREG RTRICK GND 7 BAT 9 TS 11 R 1 0.1uF 图1 TP5100为8.4V双节锂离子电池1.5A充电应用示意图 （如需更高耐压，LX端RC电路需接入） 2 REV_2.3 0 . 1 u F 0 . 1 u F TP5100 0.1nF 8 8.4V 2SLi TP5100 VIN=5-12V 0.2Ω（建议两个0.4并联，1206封装） 1K 1. 4. 5. 16 10uF 0.1uF 13 6 CS VIN LX 10uH 2.3 3Ω VS Rs=0.067 BAT+ PWR_ON- G R 15 14 10 12 VS CHRG VREG RTRICK GND 7 TS 11 图2 TP5100为4.2V单节锂离子电池1.5A充电应用示意图 封装/订购信息 订单型号 TP5100-QFN16 器件标记 TP5100 实物图片 16引脚4mm*4mmQFN16封装顶视图 （散热片接地） 3 R 1 0.1uF 5 0 K R N T C R 2 STDBY BAT 9 0 . 1 u F 0 . 1 u F TP5100 0.1nF 8 S S 3 4 1 0 u F 1 0 u F 4.2V Li REV_2.3 TP5100 TP5100功能方框图 图3 TP5100功能框图 4 REV_2.3 TP5100 电特性 表1 TP5100电特性能参数 凡注●表示该指标适合8.4V、4.2V模式，否则仅指8.4V，T A =25℃，VIN=9V，除特别注明。 符号 VIN 参数 输入电源电压 条件 ● 无电池模式，R S =0.1Ω 最小值 典型值 最大值 4.5 150 120 120 120 4.158 8.316 ● ● ● ● ● ● ● ● ● 0% 5.6 2.8 60 ● ● 3.5 150 60 5 ● ● ● ● 43 80 5.8 2.9 80 3.6 200 100 30 0.3 0.3 >80 <45 150 110 170 200 6.0 3.0 100 3.8 300 140 50 0.6 0.6 82 900 1400 0 0 240 350 4.2 8.4 1000 1500 －1 －1 300 400 100% 12 180 140 140 140 4.242 8.484 1100 1600 －1 －1 360 500 单位 V μA μA μA V V mA mA μA μA mA KHz ● ● ● I CC 输入电源电流 待机模式（充电终止） 停机模式（CS=GND， V in BAT ，或V in UV ） V FLOAL 充电截止电压 BAT引脚电流: 4.2V锂离子电池 8.4V锂离子电池 R S =0.1Ω，恒流模式 R S =0.067Ω，恒流模式 I BAT (电流模式测试条件是 CS=VREG、电池=7.5V) 待机模式，V BAT =8.4V VIN=0V ， V BAT =8.4V I TRIKL 涓流预充电电流 R TRICK =50K 振荡频率 最大占空比 最小占空比 涓流充电门限电压（8.4V） 涓流充电门限电压（4.2V） 涓流充电迟滞电压 V IN 欠压闭锁门限 1.2V BAT < V TRIKL ， R S =0.067 F D MAX D MIN V TRIKL R S =1Ω，V BAT 上升 V mV V mV mV mV V V %*VREG %*VREG mV ℃ mΩ uS V TRHYS R S =1Ω V UV 从V IN 低至高 V UVHYS V IN 欠压闭锁迟滞 V ASD V IN -V BAT 闭锁门限电压 V IN 从低到高 V IN 从高到低 V CHRG V STDBY V TEMP-H CHRG 引脚输出低电压 I CHRG =5mA I STDBY =5mA STDBY 引脚输出低电平 TEMP引脚高端关机电压 TEMP引脚低端关机电压 再充电电池门限电压 芯片保护温度 功率FET“导通”电阻 软启动时间 再充电比较器滤波时间 终止比较器滤波时间 V TEMP-L ΔV RECHRG V FLOAT -V RECHRG ● T LIM R ON t ss I BAT =0至I BAT =0.1V/Rs 20 0.8 0.8 1.8 1.8 4 4 t RECHARGE V BAT 高至低 mS mS t TERM I BAT 降至C/10以下 5 REV_2.3 TP5100 典型性能指标（CS设置为8.4V锂电池充电模式） 8.430 8.420 8.410 V F L O A T ( V ) TA=25℃ Rs=0.1 8.430 8.420 8.410 V P R O G ( V ) V CC =9V Rs=0.1 V CC =9V TA=25℃ Rs=0.06 1500 I B A T ( m A ) 8.400 8.390 8.400 8.390 750 8.380 8.380 8.370 99.51010.51111.512 8.370 -50-25 V CC (V) TEMPERATURE(℃) 截止电压与电源电压关系 截止电压与环境温度关系 100% 90% 80% 效 率 70% 60% TA=25℃ 50% Rs=0.1 L=10uH 40% 99.51010.51111.512 V CC (V) 效率与电源电压关系 6 短路 0 模式 02.06.67.27.88.4 9.0 V BAT (V) 充电电流与电池电压关系 REV_2.3 引脚功能 VIN（引脚1、4、5、16）：输入电压正输 入端。此管脚的电压为内部电路的工作电 源，VIN的变化范围在5V至12V之间，串 接0.2欧姆的耗散电阻，并通过一个10μF 和0.1μF的电容进行旁路。当VIN和V BAT 压差低于30mV时，TP5100进入停机模式， 从而使I BAT 降至1μA。 LX（引脚2、3）：内置PMOS功率管漏极 连接点。LX为TP5100的电流输出端与外 部电感相连作为电池充电电流的输入端。 高输入电压下外部需接RC电路 。 PWR_ON-(引脚6)：电源切换控制引脚。 当芯片接电源时，PWR_ON-被内部开关拉 到低电平,驱动PMOS导通，当芯片不接电 源时，PWR_ON-被内部开关拉到高电平为 BAT端电池电压，驱动PMOS关断。此引 脚可以用于电源供电切换，也可用作检测 电源上电建立是否正常。 GND（引脚7）：电源地。 VS（引脚8）：输出电流检测的正极输入 端。 BAT（引脚9）：电池电压检测端。将电池 的正端连接到此管脚。 VREG（引脚10）：内部电源。VREG是 一个内部电源，它外接一个0.1uF旁路电 容到地，可以最大驱动5mA。 TS（引脚11）：电池温度检测输入端。将 TS管脚接到电池的NTC（负温度系数热 敏电阻）传感器的输出端。如果TS管脚 的电压小于VREG的45%或者大于VREG 电压的80%，意味着电池温度过低或过高， 则充电被暂停。如果TS直接接GND，电 池温度检测功能取消，其他充电功能正常。 RTRICK（引脚12）：涓流预充电流设置 端。将RTRICK引脚接50K电阻到地则预 充电电流为20%设置恒流，通过外接电阻 可以设置预充电电流。如果RTRICK悬空 则预充电电流等于恒流电流。 CS（引脚13）：锂离子状态片选输入端。 CS端高输入电平（VREG）将使TP5100 TP5100 处于锂离子电池充电8.4V关断电压状态。 CS端悬空使TP5100处于锂离子电池4.2V 关断电压状态。低输入电平使TP5100处 于停机状态。CS端可以被TTL或者CMOS 电平驱动控制。 STDBY （引脚14）：绿灯电池充电完成 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。 CHRG （引脚15）：红灯充电中状态指 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 CHRG 管脚处于高阻态。 工作原理 TP5100是专门为双节8.4V/单节4.2V 锂离子电池而设计的开关型大电流充电器 芯片，利用芯片内部的功率晶体管对电池 进行涓流、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2A，不需要另加防倒灌二极管。 TP5100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 充满状态指示输出端 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。 当输入电压大于芯片启动阈值电压和 芯片使能输入端接高电平（VREG）或者 悬空时，TP5100开始对电池充电， CHRG 管脚输出低电平，表示充电正在进行。如 果双节锂离子电池电压低于5.8V（单节锂 电子池电压低于2.9V），充电器用小电流 对电池进行涓流预充电（预充电电流通过 外接电阻可调）。恒流充电电流由VS管脚 和VBAT管脚之间的电阻确定。当双节锂 离子电池电压接近8.4V（单节锂离子电池 接近4.2V）时，距离充电截止电压约50mV （根据不同的电路连接电阻与电池内阻电 压不同），充电电流逐渐减小，TP5100进 入恒压充电模式。当充电电流减小到截止 7 REV_2.3 电流时，充电周期结束， CHRG 端输出高 阻态， STDBY 端输出低电位。当电池电压 降到再充电阈值（双节锂离子电池8.1V/ 单节锂离子电池4.05V）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 池端截止电压的精度在±1%以内，满足了 锂离子电池的充电要求。当输入电压掉电 或输入电压低于电池电压时，充电器进入 低功耗的停机模式，无需外接防倒灌二极 管，电池从芯片的漏电接近1μA。 充电截止电压选择 TP5100具有双节/单节锂电池两种充 电截止电压的选择。当CS端连接高电位 VREG时，为8.4V双节锂离子电池充电标 准，截止电压8.4V。当CS端悬空，为单 节锂离子电池电池充电标准，截止电压 4.2V。当将CS端接低电平GND时，充电 器停止充电。TP5100的CS端的复合设计， 可以通过外部控制决定TP5100处于充电 模式与停机模式的切换。当CS端悬空， 表示TP5100为单节锂离子电池充电。 8.4V双节锂离子电池充电状态与停 机模式的切换。如图4所示，通过一个开 漏输出端口与CS端连接，如果NMOS管 栅极输入低电平，N1截止，此时CS端接 高电平，则充电截止电压为8.4V，TP5100 为双节锂离子电池充电。当NMOS管栅极 输入高电平，N1导通，此时CS端被下拉 到GND，TP5100为停机模式。VREG引 脚可以输出5mA驱动电流，上拉电阻可选 1K-100K。 图4 受外部控制的8.4V锂离子电池充电 状态与停机状态的切换 TP5100 充电电流设置 电池充电的电流I BAT ,由外部电流检 测电阻Rs确定，Rs可由该电阻两端的调整 阈值电压Vs和恒流充电电流的比值来确 定，恒流状态下Rs两端的电压为100mV。 图5 电池的充电电流设置 设定电阻器和充电电流采用下列公式来计 算： R 0.1V S = I （电流单位A，电阻单位 ） BAT 举例： 需要设置充电电流1A，带入公式计算得 Rs=0.1 表2给出了一些设置不同电流对应的Rs 电阻，方便快速设计所需电路。 表2：Rs及其对应的恒流充电电流 R S ( ) I BAT (mA) 1 100 0.2 500 0.1 1000 0.067 1500 0.05 2000 涓流预充电流设置 如果电池电压低于预充电门限电压， TP5100将启动一个预充电过程对电池充 电，TP5100的预充电电流可以通过TRICK 端口设置。预充电电流是采用一个连接在 TRICK管脚与地之间的电阻器来设定的。 8 REV_2.3 图6 TRICK端内部电路图 从上图6中可以看出，如果R TRICK 端 口接50K电阻到地，那么预充电电流为恒 流充电电流的1/5。此引脚仅更改涓流电 流，关断电流不受此影响，仍为10%恒流 电流。 设定电阻器和预充电电流采用下列公 式来计算： R= 400kI TRICK −40kI BAT TRICK I BAT −I TRICK 为了方便客户快速设计，表3给出了R TRICK 及其设定的预充电涓流电流与恒流电流 I BAT 的关系。 表3：R TRICK 及其设定的涓流电流与恒流 电流I BAT 的关系： R TRICK (K) I TRICK (mA) 50K 20% I BAT 114K 30% I BAT 320K 50% I BAT 引脚悬空 100% I BAT 充电终止 恒压阶段,当充电电流降到最大恒流 值的1/10时，充电循环被终止。该条件是 通过采用一个内部滤波比较器对Rs的压 降进行监控来检测的。当Rs两端电压差至 10mV以下的时间超过 t TERM (一般为 1.8ms)时，充电被终止。充电电流被关断， TP5100进入待机模式，此时输入电源电流 降至120μA,电池漏电流流出约1μA。 在待机模式中，TP5100对BAT引脚 9 TP5100 电压进行连续监控。如果双节锂离子电池 该引脚电压降到8.25V（单节锂电池电压 降到4.05V）的再充电电门限 V RECHRG 以 下，则新的充电循环开始并再次向电池供 应电流。 充电状态指示器 TP5100有两个漏极开路状态指示输 出端， CHRG 和 STDBY 。当充电器处 于充电状态时， CHRG 被拉到低电平，在 其他状态， CHRG 处于高阻态。当电池的 温度处于正常温度范围之外， CHRG 和 STDBY 管脚都输出高阻态。当不用状态 指示功能时，可将不用的引脚连接到地。 表4：充电指示状态 绿灯红灯 STDBY CHRG 充电状态 灭 亮 正在充电状态 亮 灭 电池充满状态 欠压，电池温度过 灭 灭 高、过低等故障状 态或无电池接入 （TS端使用） 绿灯亮，红灯闪烁 BAT端接10u电容， T=0.5-1S 无电池待机状态 （TS接地） 电源、电池供电切换控制 TP5100集成了电源、电池供电切换控 制引脚PWR_ON-。当VIN输入后， PWR_ON- 输出低电位，可以导通PMOS。 当VIN去掉后，PWR_ON-输出高电位（电 池电压）可以关闭PMOS。 图7供电切换控制示意图 REV_2.3 电池温度监测 为了防止温度过高或者过低对电池 造成的损害，TP5100内部集成有电池温度 监测电路。电池温度监测是通过测量TS 管脚的电压实现的，TS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1所示。 TP5100将TS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 TP4056内部，V LOW 被固定在45%×VREG， V HIGH 被固定在80%×VREG。如果TS管 脚的电压V TS LOW 或者V TS >V HIGH ，则 表示电池的温度太高或者太低，充电过程 将被暂停；如果TS管脚的电压V TS 在V LOW 和V HIGH 之间，充电周期则继续。 如果将TS管脚接到地线，电池温度 监测功能将被禁止。 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，R TH 为其在温度TH 时的阻值，则R TL ＞R TH ，那么，在温度 TL时，第一管脚TS端的电压为： V TSL = R2//R TL R1+R2//R VREG TL 在温度T H 时，第一管脚TS端的电压为： V TSH = R2//R TH R1+R2//R VREG TH 然后由 V TSL ＝V HIGH ＝K2×VREG (K2=0.8) V TSH ＝V LOW ＝K1×VREG (K1=0.45) 则可解得： R1= R TL R TH (K 2 −K 1 ) (R TL −R TH )K 1 K 2 R2= R TL R TH (K 2 −K 1 ) R TL (K 1 −K 1 K 2 )−R TH (K 2 −K 1 K 2 ) TP5100 同理，如果电池内部是正温度系数 （PTC）的热敏电阻，则＞，我们可以计 算得到： R1= R TL R TH (K 2 −K 1 ) (R TH −R TL )K 1 K 2 R2= R TL R TH (K 2 −K 1 ) R TH (K 1 −K 1 K 2 )−R TL (K 2 −K 1 K 2 ) 从上面的推导中可以看出，待设定的 温度范围与电压VREG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的推导也变得简单， 在此不再赘述。 芯片内部热限制 如果芯片温度试图升至约110℃的预 设值以上，则一个内部热反馈环路将减小 设定的充电电流。该功能可防止TP5100 过热，并允许用户提高给定电路板功率处 理能力的上限而没有损坏TP5100的风险。 在保证充电器将在最坏情况条件下自动减 小电流的前提下，可根据典型（而不是最 坏情况）环境温度来设定充电电流。 限流及输出短路 TP5100内部集成多种保护，芯片输入 端限流最大峰值电流3A，以防止电流过大 引起芯片损坏。当输出端电压低于约 1.2V，芯片进入短路保护模式，芯片输入 电流限流为最大峰值电流的10%约 450mA。电流大小随输入电压的不同有差 异。 自动再启动 一旦充电循环被终止，TP5100立即采 用一个具有1.8mS滤波时间（ t RECHARGE ） 的比较器来对BAT引脚上的电压进行连 续监控。当电池电压降至电池容量的90％ 以下时，充电循环重新开始。这确保了电 REV_2.3 10 池被维持在（或接近）一个满充电状态。 在再充电循环过程中， CHRG 引脚输出重 新进入一个强下拉状态。 图9 一个典型锂离子电池充电循环状态 图 欠压闭锁 一个内部欠压闭锁电路对输入电压进 行监控，并在Vin升至欠压闭锁门限以上 之前使充电器保持在停机模式。UVLO电 路将使充电器保持在停机模式,电池无放 电电流。如果UVLO比较器发生跳变，则 在VIN升至比电池电压高50mV之前充电 器将不会退出停机模式。这样客户不用担 心在输入电源不足情况下电池电量被泄 放。 TP5100 输入、输出、VS端电容 可以使用多种类型电容器，但需要高 品质的功率电容。用多层陶瓷电容器时尤 其必须谨慎，有些类型的陶瓷电容器具有 高EMI值的特点，因此，在某些条件下（比 如将充电器输入与一个工作中的电源相 连）有可能产生高的电压瞬态信号损坏芯 片，建议串联一个0.2欧姆的耗散电阻（选 用功率大的电阻），以及采用10μF和0.1μF 电容或X5R或X7R材质陶瓷电容，并且 电容连接位置务必靠近芯片引脚。 热考虑 虽然QFN16封装的外形尺寸很小，但 其散热特性很好，然而需要PCB版的设计 配合为佳，最好采用一个热设计精良的 PCB板布局以最大幅度地增加可使用的充 电电流。用于耗散IC所产生的热量的散热 通路从芯片至引线框架，并通过芯片底部 散热片到达PCB板铜面。引脚相连的铜箔 面积应尽可能地宽阔，并向外延伸至较大 的铜面积，以便将热量散播到周围环境中。 建议至内部或背部铜电路层的多加通孔， 改善充电器的总体热性能。当进行PCB板 布局设计时，电路板上与充电器无关的其 他热源也是必须予以考虑的，因为它们将 对总体温升和最大充电电流有所影响。 电感选择 为了保证系统稳定性，在预充电和恒 流充电阶段，系统需要保证工作在连续模 式（CCM）。根据电感电流公式： I= 1 LFS V IN −V BAT V IN V BAT 其中 I 为电感纹波、FS为开关频率，为 了保证在预充电和恒流充电均处于CCM 模式， I 取预充电电流值，即为恒流充电 的1/5，根据输入电压要求可以计算出电感 值。 电感取值4.7uH-22uH，推荐使用推荐 10uH。 电感额定电流选用大于充电电流，内 阻较小的功率电感。 REV_2.3 11 TP5100 封装描述 4mm*4mm 16引脚QFN封装 12 REV_2.3 TP5100 TP5100其他应用电路 VIN=5-12V 0.2Ω（建议两个0.4并联，1206封装） 10uH LX 2.3 3Ω 1K 1. 4. 5. 16 10uF 0.1uF 13 6 CS VIN VS Rs=0.067 BAT+ PWR_ON- G R 15 14 10 12 VS CHRG STDBY VREG RTRICK GND 7 TS BAT 9 11 0.1uF 图10 TP5100为4.2V锂离子电池无电池温度保护恒流1.5A充电应用示意图 TP5100使用注意事项 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 电路中电容都应尽量靠近芯片。 VS端VIN端与BAT端使用0.1uF并上10u电解电容、X5R或X7R级别陶瓷电容。 电感请选用电流能力足够的功率电感。 肖特基二极管选用导通压降小电流能力大于等于2A的肖特基二极管。 对于VIN及LX通过电流回路的走线应比普通信号线更宽。 注意各电容接地线节点位置，应尽量使接地点集中，良好接地。 使用芯片在大电流工作中，应考虑芯片底部散热片与PCB的良好连接，保证散热良好。 版本历史 日期 2012.10.31 2020.11.17 2021.5.13 2022.7.19 2022.9.5 5 0 K 版本说明 旧版本 修改电路中二极管的图标；修改部分描述 修改输入参数，以及温度检测方式 修改涓流比例。 修改电路，提升耐压。 0 . 1 u F 0 . 1 u F TP5100 0.1nF 8 S S 3 4 1 0 u F 1 0 u F 4.2V Li 版本 REV_2.0 REV_2.1 REV_2.2 REV_2.3 13 REV_2.3