Микросхема SY6912A представляет собой однокристальный контроллер зарядного устройства с широким диапазоном входных напряжений 4.0V .. 23V, током зарядки до 2A, предназначенный для заряда многоячеечных батарей аккумуляторов Li-Ion. Микросхема работает по принципу импульсного DC-DC преобразователя, обладает высокой энергоэффективностью, имеет миниатюрный корпус SO8E и хорошо подходит для портативных переносных устройств. Ножка выбора количества аккумуляторных ячеек позволяет удобно выбрать конфигурацию зарядного устройства. DC-DC понижающий синхронный преобразователь работает на частоте 800 кГц и содержит встроенные мощные ключи FET, поддерживающие преобразование входного напряжения до 25V.
Особенности SY6912A:
• Широкий диапазон входных напряжений 4.0V .. 23V. • Высокоэффективный, синхронный Buck-регулятор с фиксированной рабочей частотой 800 кГц. • Возможность выбора количества включенных последовательно заряжаемых аккумуляторных ячеек. • Режимы зарядки Trickle Current (поддерживающий ток) / Constant Current (постоянный ток) / Constant Voltage (постоянное напряжение). • Программируемый (до 2A максимум) ток зарядки постоянным током. • Программируемый таймер зарядки. • Система защиты входного напряжения UVLO и защиты от перенапряжения батареи (Battery OVP). • Защита от перегрева. • Защита от короткого замыкания. • Система автоматического выключения, предотвращающая обратный ток от аккумулятора. • Индикация состояния процесса зарядки. • Нормальная работа синхронного Buck-преобразователя, когда батарея удалена. • Компактный корпус SO8E.
Основные области применения:
• Сотовые телефоны, смартфоны. • PDA, плееры MP3 и MP4. • Цифровые камеры. • Устройства Bluetooth. • Портативные игровые приставки типа PSP, NDS. • Ноутбуки.
Типовая схема включения:
Рис. 1. Общая схема применения SY6912A.
[Цоколевка SY6912A]
Маркировка сверху: AIQxyz, где AIQ код устройства, x код года, y код недели, z код номера лота.
№
Имя
Функция
1
TIM
Ножка определения предела времени зарядки. Подключите этот вывод к конденсатору, второй вывод конденсатора подключите к GND. Внутренний источник тока заряжает этот конденсатор в режимах Trickle Charge и Constant Current, и это задает таймаут процесса зарядки. Лимит времени зарядки Trickle Charge составляет примерно 1/9 времени зарядки Constant Current.
2
RS
Ножка программирования тока заряда. Подключите к резистор датчика тока между выводами RS и BAT. Средний ток зарядки детектируется как в режиме Trickle Charge, так и в режиме Constant Charge.
3
BAT
Положительный полюс батареи.
4
NTC
Ножка для организации термозащиты. Порог UTP составляет 75% от VIN, и порог OTP около 30% VIN. Подтяните ножку NTC к уровню VIN для запрета логики заряда, это превратит микросхему в обычный Buck-регулятор. Подтяжка NTC к GND выключит микросхему.
5
CEL
Сделайте подтяжку CEL к низкому уровню для одной аккумуляторной ячейки, к высокому уровню для 2 ячеек, и оставьте CEL никуда не подкюченной для 3 ячеек.
6
STAT
Ножка индикации состояния зарядки. Это выход с открытым стоком, который может быть использован для подключения внешнего светодиода LED (DIND). Когда зарядка закончилась, светодиод погаснет.
7
LX
Ножка выхода силовых ключей MOSFET, подключается к внешней индуктивности (LB).
8
IN
Вход для положительного полюса внешнего источника питания. Между эти выводом и GND подключается входной конденсатор CIN. Нормальное напряжение на входе IN составляет от 4V до 23V. Функция защиты от КЗ (UVLO) обеспечивает выключение микросхемы, когда напряжение IN меньше, чем напряжение (BAT + 0.12V).
GND
Металлическая площадка под донышком микросхемы. Должна припаиваться к цепи общего провода схемы.
(1) Показанные предельные стрессовые значения, доходящие до абсолютных максимальных и прешающие их, могут необратимо повредить устройство. Стрессовые значения указаны только для для справки, Не гарантируется описанное нормальное функционирование устройства с такими параметрами. Долгое воздействие максимальных значений может повлиять на надежность устройства. (2) θJA измеряется в нормальных условияз при TA = 25°C, на четырехслойной тестовой печатной плате с низкой эффективностью отвода тепла, в соответствии со стандартом JEDEC 51-3 thermal measurement. (3) Работа устройства вне указанных рабочих параметров не гарантируется.
[Электрические характеристики]
Параметры указаны для условий TA=25°C, VIN=15V, GND=0V, CIN=1мкФ, LB=2.2мкГн, RS=25mΩ, CTIM=470нФ, если не указано нечто другое.
Символ
Параметр
Условия
min
Typ
MAX
Ед.
Входное питание (VIN)
VIN
Напряжение питания
4.0
23
V
VUVLO
Порог срабатывания защиты от слишком низкого питания
VIN нарастает и измерено относительно GND
3.9
ΔVUVLO
Гистерезис защиты от слишком низкого питания
VIN измеряется относительно GND
190
mV
VOVP
Защита от перенапряжения по входу
VIN нарастает и измерено относительно GND
24
V
ΔVOVP
Гистерезис защиты от перенапряжения по входу
VIN измеряется относительно GND
750
mV
Токи утечки
IBAT
Ток разряда батареи
NTC подтянут к уровню GND
25
mkA
IIN
Ток от внешнего источника питания
Зарядка запрещена
2.0
mA
Генератор и PWM (ШИМ)
fOSC
Частота генератора
640
800
960
кГц
D
Скважность PFET периода
100
%
Power MOSFET
RNFET
RDS(ON), сопротивление октрытого канала сток-исток ключа N-FET
150
mΩ
RPFET
RDS(ON), сопротивление открытого канала сток-исток ключа P-FET
160
Регулировка напряжения
VCV
Заряд одного Li-Ion элемента
0°C ≤ TA ≤ 70°C
4.16
4.20
4.24
V
Заряд двух Li-Ion элементов
8.32
8.40
8.48
Заряд трех Li-Ion элементов
12.48
12.6
12.72
ΔVRCH
Заряд одного Li-Ion элемента
0°C ≤ TA ≤ 70°C
50
100
150
mV
Заряд двух Li-Ion элементов
100
200
300
Заряд трех Li-Ion элементов
150
300
450
VTRK
Заряд одного Li-Ion элемента
0°C ≤ TA ≤ 70°C
2.2
2.5
2.8
V
Заряд двух Li-Ion элементов
4.4
5.0
5.6
Заряд трех Li-Ion элементов
6.6
7.5
8.4
Детектирование подключенной батареи
VDET
Порог напряжения детектирования батареи
VSHOT < VBAT < VRCH
80%
90%
VIN
tDET
Время задержки срабатывания детектирования батареи
30
мс
Ток зарядки
Внутренняя точность тока заряда для режима зарядки постоянным током (Constant Current Mode)
ICC=25mV/RS
-10%
10%
Внутренняя точность тока заряда для режима зарядки током поддержки (Trickle Current Mode)
ITC=2.5mV/RS
-50%
50%
Защита от перенапряжения на выходе (OVP)
VOVP
Порог защиты перенапряжения на выходе
108%
113%
118%
VCV
Защита от короткого замыкания на выходе
VSHOT
Порог срабатывания защиты от КЗ на выходе
На спаде уровня VBAT
1.70
2.00
2.30
V
fFBK
Частота попыток возврата в рабочий режим
VBAT < 2V
12.5%
fOSC
ILM
Ограничение тока Power FET
4.0
A
Таймер
TTC
Таймаут зарядки режима Trickle Current
CTIM=330нФ
0.425
0.5
0.575
час
TCC
Таймаут зарядки режима Constant Current
3.825
4.5
5.175
TMC
Задержка изменения режима зарядки
30
мс
TTERM
Задержка прекращения заряда
30
TRCHG
Задержка возобновления заряда
30
Термозащита батареи NTC
UTP
Защита от слишком низкой температуры
70%
75%
80%
VIN
Гистерезис защиты от слишком низкой температуры
При понижении температуры
5%
OTP
Защита от перегрева
28%
30%
32%
Гистерезис защиты от перегрева
При повышении температуры
2%
Автоматическое выключение
ΔVASD
Гистерезис порога ASD (Auto ShutDown)
Измеряется между VIN и VBAT
140
280
420
mV
Отключение при перегреве
TSD
Температура, при которой происходит выключение (Thermal ShutDown)
Порог при повышении температуры
160
ºC
TSDHYS
Гистересис температуры выключения при перегреве
20
[Описание основных функций]
Алгоритм работы SY6912A:
Индикация процесса зарядки. Состояние зарядки можно отслеживать по изменению состояния ножки STAT:
Charging-In-Process (нормальный процесс заряда) - удержание лог. 0 на ножке STAT.
Fault Mode (ошибка) - попеременное переключение между уровнями лог. 1 и до лог. 0, частота 0.5 Гц при емкости CTIM = 330нФ.
Таким образом, если подключить светодиод LED между VIN и STAT (через токоограничивающий резистор), то свечение LED будет показывать, что зарядка идет, погашенный LED будет показывать завершение зарядки, а мигание LED покажет Fault Mode.
Buck-регулятор. Если Li-Ion батарея была неожиданно удалена, то онапряжение на выводе NTC повысится до уровня выше 90% VIN. Тогда устройство будет работать в нормальном режиме пикового тока, управляемого синхронным buck-преобразователем, и выходное напряжение на ножке BAT регулируется до уровня VCV. В этом режиме система регулирования постоянного тока остается активной, но запрещены функции таймаута зарядки, прекращения зарядки и тока поддержки (trickle current).
[Система защиты]
Защита от перегрева. Термозащита активна как для батареи, так и для самой микросхемы. SY6912A возобновит нормальную работу, когда температура вернется в диапазон допустимой.
Защита от КЗ (UVLO). Когда напряжение VBAT становится ниже порога защиты от короткого замыкания, то активизируется защита от КЗ. В режиме заряда скважность частоты переключения уменьшается до 12.5% от значения по умолчанию, и VC уменьшается до 20% от максимума. Таймер trickle charging остается активным, и будет отслеживать окончательный таймаут микросхемы. В режиме Buck скважност уменьшается до 12.5% от значения по умолчанию, и периодически инициируется запуск VC.
Защита от превышения тока. Для этой защиты внутренняя система регулирования с различными постоянными времени всегда остается активной, не зависимо от текущего режима Buck или режима Battery Charging.
Защита от перенапряжения батареи (OVP). Когда напряжение VBAT становится выше порога этой защиты, независимо от того, подключена батарея или нет, микросхема выключается и вернется в обратное рабочее состояние, когда напряжение VBAT вернется к нормальному уровню. Входное напряжение обрабатывается ситемами UVLO и OVP, которые выключают микросхему и восстанавливают её нормальный рабочий режим, когда VIN переходит в диапазон нормального уровня.
Защита по таймауту. Программируется таймаут как для режима тока поддержки заряда (Trickle Current Charging), так и режима заряда постоянным током (Constant Current Charging). Когда таймаут срабоал, микросхема останавливает работу зарядки и защелкивается в выключенное состояние. Перезапуск возможен только переподключением батареи или входного напряжения, тогда логика защелки сбрасывается и микросхема снова входит в рабочий режим.
Характеристики приведены для условий TA=25°C, VIN=5V, RS=12.5mΩ, батарея Li-Ion с одной ячейкой, если не указано нечто другое.
Рис. 4. Зависимость эффективности от тока зарядки (режим Constant Voltage).
Рис. 5. Зависимость эффективности от напряжения зарядки (режим Constant Current).
Рис. 6. Включение питания.
Рис. 7. Выключение питания.
Рис. 8. Ток зарядки, мягкий старт.
Рис. 9. Состояние зарядки постоянным током.
Рис. 10. Короткое замыкание батареи.
Рис. 11. Короткое замыкание выхода в режиме Buck-регулятора.
[Информация по применению]
Из-за высокоинтегрированной начинки SY6912A схема её включения получается очень простой. Нужны только входной конденсатор CIN, выходной конденсатор COUT, индуктивность L, NTC-резисторы R1, R2, резистор датчика тока зарядки RS и коденсатор таймера CTIM, значения которых должны быть выбраны в соответстви с параметрами целевого приложения.
Резисторы делителя NTC. SY6912A мониторит температуру батареи путем измерения уровня входного напряжения и напряжения на выводе NTC. Контроллер вызывает срабатываение UTP или OTP, когда коэффициент K (K = VNTC/VIN) достигает порога UTP (KUT) или OTP (KOT). Цепочка измерения температуры R1 и R2 программирует корректные значения UTP и OTP.
Для вычисления номиналов R1 и R2 выполните следующие шаги:
1. Определите KUT = 70% .. 80%.
2. Определите KOT = 28% .. 32%.
3. Предпологается, что сопротивление NTC-термистора батареи равно RUT на пороге UTP, и ROT на пороге OTP.
Если выбраны типовые значения KUT = 75% и KOT=30%, тогда:
R2 = 0.17RUT - 1.17ROT R1 = 2.3(R2 + ROT)
Резистор датчика тока зарядки RS. Номинал датчика тока RS вычисляется (в миллиомах) по формуле:
RS = 25 / ICC
Ток ICC в формуле указывается в амперах.
Конденсатор таймера CTIM. Время зарядки программируется конденсатором, поключенным между выводом TIM и GND. Его емкость (в микрофарадах) вычисляется по формуле:
CTIM = 2 * 10-5 * TCC
Время зарядки в этой формуле TCC задается в секундах.
Входной конденсатор CIN. Ток пульсаций через входной конденсатор превышает значение:
Для минимизации потенциальной проблемы шума поместите типовой керамический конденсатор X7R или лучшего качества как можно ближе к выводам IN и GND. Позаботьтесь о том, чтобы минимизировать длину цепочек, формируемых выводами CIN и IN/GND.
Выходной конденсатор COUT. Этот конденсатор выбирается в соответствии с требованиями по выходным пульсациям. При выборе этого конденсатора должны учитываться как требования по пульсациям как к постоянному уровню, так и при скачках напряжения. Для лучших параметров рекомендуется применять керамический конденсатор X7R или конденсатор лучшего качества емкостью 10 мкФ. Минимальная емкость выходного конденсатора может быть определена по формуле:
Здесь VRIPPLE это размах выходных пульсаций от пика до пика, ICC установленный ток зарядки.
Выходная индуктивность L. При выборе параметров индуктивности нужно учитывать несколько факторов.
1) Индуктивность выбирается для обеспечения желаемого уровня тока пульсаций. Рекомендуется выбрать ток пульсаций на уровне 40% от среднего входного тока. Индуктивность вычисляется по формуле:
Здесь FSW это частота переключения, и IOUT,MAX максимальный ток нагрузки.
Микросхема SY6912A допускает различные амплитуды тока пульсаций. Как следствие конечный выбор индуктивности может отклоняться от расчетных значений без существенного влияния на рабочие характеристики.
2) Ток насыщения индуктивности должен быть выбран больше, чем пиковый ток через индуктивность при условиях полной нагрузки.
3) Активное сопротивление DCR индуктивности и основные потери на частоте переключения должны быть достаточно низкими, чтобы обеспечить желаемую энергоэффективность. Желательно выбрать индуктивность с DCR < 10 мОм, чтобы получить самую лучшую общую эффективность.
Разводка печатной платы. Конфигурация дорожек для SY6912A относительно проста. Для лучшей эффективности и минимальных проблем с шумами нужно как можно ближе к корпусу микросхемы разместить компоненты CIN и L.
1) Желательно как можно больше сделать заливку полигонами земли GND, чтобы обеспечить улучшенный отвод тепла и минимум помех. Если позволяет пространство на печатной плате, то заливка медью земли должна быть как можно больше.
2) CIN должен быть как можно ближе к выводам IN и GND. Цепи, формируемые CIN, должны быть как можно короче. На рисунке ниже показана рекомендуемая разводка дорожек для CIN.
3) Область меди, связанная с выводом LX, должна быть минимизирована, чтобы снизить помехи.
4) Конденсатор CTIM и дорожка до вывода TIM не должны быть близко с цепью LX, чтобы избежать проблем с шумом. Лучше всего земляной вывод CTIM соединить с земляным выводом выходного конденсатора.
Информацию по закупке, размером посадочного места на плате см. в даташите [1].
