锂电池充电芯片TP4056的保护电路设计

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PMOSFET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。

特点

·高达1000mA的可编程充电电流 ;

·无需MOSFET、检测电阻器或隔离二极管 ;

·用于单节锂离子电池、采用SOP封装的完整线性充电器 ;

·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;

·精度达到±1.5%的4.2V预设充电电压;

·用于电池电量检测的充电电流监控器输出;

·自动再充电;

·充电状态双输出、无电池和故障状态显示;

·C/10充电终止;

·待机模式下的供电电流为55uA;

·2.9V涓流充电器件版本;

·软启动限制了浪涌电流;

·电池温度监测功能;

·采用8引脚SOP-PP封装。

这个TP4056datasheet的原理图还是有些不清楚的地方，所以分享下自己的原理图。

见下：如何改变充电电流：大家可以看到原理图上的R14，通过调节 这个电阻的大小，可以改变充电电流的大家。另附一张充电电流与R14的关系表给各位。

说几点在设计时候的注意事项：

1.TP4056的充电电流最好保持在电池容量的0.37C，也就是容量的0.37倍，比如1000mAh的电池，充电电流400mA这样就够了。过快的充电速度，将导致充电效果很差，冲完了电池电压就掉很多。

2.如果TP4056的输入电压过高，比如5.2甚至5.5V，会造成充电电流不足1000mAh，这是正常的。电压高了，芯片发热会自动减少充电电流，不至于烧毁芯片。

3.另外，芯片在工作中60摄氏度左右的发热是正常的，毕竟它的充电电流很大。(PS:如果有条件，可以采用8*8mm的铝散热片+3M导热贴，增加芯片散热。

最后，在TP4056充电电路基础上增加过充电过放电保护电路，更好地保护充电电池。

过充电保护：正常状态下，对电池进行充电，如果使VDD端电压升高超过过电压充电保护阈值VOC，且持续时间超过过电压充电保护延迟时间tOC，则DW01F将使充电控制端COUT由高电平转为VM端电平(低电平)，从而使外接充电控制N-MOS管Q1关闭，充电回路被“切断”，即DW01F进入过电压充电保护状态。

过放电保护：正常状态下，如果电池放电使VDD端电压降低至过电压放电保护阈值VOD，且持续时间超过过电压放电保护延迟时间tOD，则DW01F将使放电控制端DOUT由高电平转为VSS端电平( 低电平)，从而使外接放电控制N-MOS管Q2 关闭， 放电回路被“切断”，即DW01F进入过电压放电保护状态。 同时，VM端电压将通过内部电阻RVMD被上拉到VDD。

过电流放电或电池短路保护：

正常状态下，通过负载对电池放电DW01F电路的VM端电压将随放电电流的增加而升高。如果放电电流增加使 VM 端电压超过过电流放电保护阈值VOI1，且持续时间超过过电流放电保护延迟时间TOI1，则DW01F进入过电流放电保护状态;如果放电电流进一步增加使VM 端电压超过电池短路保护阈值VOI2，且持续时间超过短路延迟时间TOI2，则DW01F进入电池短路保护状态。DW01F处于过电流放电/电池短路保护状态时，DOUT端将由高电平转为VSS端电平，从而使外接放电控制N-MOS管Q2关闭，放电回路被“切断” ;同时，VM端将通过内部电阻RVMS连接到VSS，放电负载取消后，VM端电平即变为VSS端电平。与DW01FA相接的MOS管选用的是8205A，两个N沟道MOS管。

参考电路如下：

更详细的解释如下：

(1)正常放电

该保护板的电路如图7所示，当电芯电压在2.5V～4.3V之间时，DW01的①、③脚均输出高电平(等于供电电压)，②脚电压为0V。此时8205A内的两只N沟道场效应管Q1、Q2均处于导通状态，由于8205A的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此时电芯的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出，其电流回路如下：B+→P+→负载。P-→8205A的②、③脚→8205A的①脚→8205A的⑧脚→8205A的⑥、⑦脚→B-。在此电路中，8205A内部场效应管Q1、Q2可等效为两只开关，当Q1或Q2的G极电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小(数十毫欧姆)，相当于开关闭合;当G极电压小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大(几兆欧姆)，相当于开关断开。

(2)过放电保护

当电芯通过外接的负载进行放电时，电芯两端的电压将慢慢降低，同时DW01内部将通过电阻R1实时监测电芯电压，当电芯电压下降到2.3V(通常称为过放保护电压)时，DWO1认为电芯已处于过放电状态，其①脚电压变为0，8205A内Q1截止，此时电芯的B-与-之间处于断开状态，即电芯的放电回路被切断，电芯将停止放电。进入过放电保护状态后，电芯电压会上升，若能上升到IC的门限电压(一般为3.1V，通常称为过放保护恢复电压)，DW0的①脚恢复输出高电平，8205A内的Q1再次导通。

(3)电池充电

无论保护电路是否进入过放电状态，只要给保护电路的P+与P-端间加上充电电压，DW0经B一端检测到充电电压后，便立即从③脚输出高电平，8205A内的Q2导通，即电芯的B-保护电路的P-通，充电器对电芯充电，其电流回路如下：充电器正极→p+→B+→B-、8205A的⑥、⑦脚→8205A的⑧脚→8205A的①脚→8205A的②、③脚→P-→充电器负极。

(4)过充电保护

充电时，当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，电芯两端的电压将逐渐升高，当电芯电压升高到4.4V(通常称为过充保护电压)时，DW01将判断电芯已处于过充电状态，便立即使③脚电压降为0V，8205A内的Q2因5脚为低电平而截止，此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即电芯的充电回路被切断，停止充电。

当保护电路的P+与P-端接上放电负载后，虽然Q2截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当电芯两端电压低于4.3V(通常称为过充保护恢复电压)时，DW01将退出过充电保护状态，③脚重新输出高电平，Q2导通，即电芯的B-端与保护电路P-端又重新接上，电芯又能进行正常的充放电。

(5)过流保护

由于MOs开关管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时MOs开关管的D、S极间就会产生压降，保护控制IC会实时检测MOs开关管D、S极的电压，当电压升到IC保护门限值(一般为0.15V，称为放电过流检测电压)时，其放电保护执行端马上输出低电平，放电控制MOs开关管关断，放电回路被断开。

在图中，DW01通过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOs开关管上的压降。当负载电流增大时，Q1或Q2上的压降也必然增大，当该压降达到0.2V时，DWO1便判断负载电流到达了极限值，于是其①脚电压降为0V， 8205A内部的放电控制管Q1关闭，切断电芯的放电回路。实现过电流保护。

(6)过温保护

保护板上的T端口为过温保护端，与用电器的CPU相连。常见的过温保护电路较简单，就是在T端与P-端接一只NTC电阻(图中的R4)，该电阻紧贴电芯安装。当用电器长时间处于大功率工作状态时(如手机长时间处于通话状态)，电芯温度会上升，则NTC阻值会逐渐下降，用电器的CPU对NTC阻值进行检测，当阻值下降到CPU设定阈值时，CPU立即发出关机指令，让电池停止对其供电，只维持很小的待机电流，从而达到保护电池的目的。

提示：当保护板处于保护状态时，可以短接B-、P-端来激活保护板，这时控制芯片的充、放电保护执行端(OC、OD)均会输出高电平，让MOs开关管导通。

审核编辑：汤梓红