ETA6951是一款13.5V、3A的單電芯電池充電和電源路徑管理IC。
典型特征為:
- 1.5Mhz頻率、5V 2A時 90%充電效率的BUCK拓撲充電器;
- 寬電壓輸入,同時支持USB供電和更高的電壓供電;
- 電池充電控制MOS為27毫歐內阻;
- NVDC電源路徑管理;
- 靈活的自動模式或IIC通訊模式以獲得更佳的系統性能;
- 高度集成化系統包括:MOS、電流傳感器等;
ETA6953一共有25個引腳(包含底部熱焊盤),封裝為4*4mm QFN24L。
引腳定義如下:
引腳名稱 | 引腳號 | 功能描述 |
VAC | 1 | 充電輸入電壓傳感器,該引腳必須和VBUS相連。 |
VBUS | 24 | 充電輸入電壓,在VBUS與PGND之間連接一個旁路10uF陶瓷電容進行去耦。這顆電容越靠近VBUS越好。 |
PSEL | 2 | 輸入電流選擇。該引腳被拉高時,輸入電流被限制為500mA;該引腳被拉低時,輸入電流被限制為2.4A。當設備進入主機模式時限制輸入電流可通過IINDPM寄存器進行編程。 |
nPG | 3 | 該引腳開漏低電平則說明電源狀態良好。使用一個10K電阻進行上拉,輸出低電平時則說明輸入電源狀態良好。如果輸入電壓在Vbusuvlo(欠壓鎖定電壓)和Vbusov(過壓鎖定電壓)之間,超過休眠模式閾值,電流將被限制在30mA。 |
STAT | 4 | 充電狀態指示開漏輸出。連接到STAT的引腳應該使用10K電阻上拉到邏輯高電平上。STAT引腳指示電源狀態的好壞,在電源軌和STAT引腳間連接限流電阻和LED指示燈來提示電源的好壞: 輸出低電平為正在充電; 輸出高電平為充電完成進入休眠模式; 輸出1Hz 50%占空比方波為未檢測到電池。 |
SCL | 5 | IIC通訊時鍾,使用10K電阻上拉。 |
SDA | 6 | IIC通訊數據,使用10K電阻上拉。 |
nINT | 7 | 中斷開漏輸出。通過10K電阻上拉INT引腳, |
NC | 8 | 內部無連接,懸空。 |
nCE | 9 | 充電控制,CE=0時充電;CE=1時不充電。 |
NC | 10 | 內部無連接,懸空。 |
TS | 11 | 溫度測量輸入引腳用於支持JETIA標准。連接一個負溫度系數的熱敏電阻。在VLDO、TS、GND之間接入一個滑動變阻器用來對測溫窗口進行編程。熱敏電阻推薦使用103AT-2。 |
nQON | 12 | BATFET使能/重置控制引腳。當BATFET處於運輸模式(ship mode)時,一個典型時間為1.15S的邏輯低電平會將BATFET從運輸模式中喚醒。當VBUS沒有接入,一個典型時間為8S的邏輯低電平會重啟系統。重啟系統的方式為短暫關閉BATFET(250ms)然后再打開BATFET為系統供電。該引腳在內部連接了一個上拉電阻提供一個默認的高電平邏輯狀態。 |
BAT | 13、14 | 電池正極。芯片內部的BATFET和電流傳感器連接在BAT和SYS之間。在靠近BAT的地方連接一個10uF的電容去耦。 |
SYS | 15、16 | 電壓轉換輸出引腳。在靠近SYS的地方連接一個20uF的電容去耦。 |
GND | 17、18 | 電源地 |
SW | 19、20 | 開關輸出。連接一個輸出電感。在BST和SW之間連接100nF自舉電容。 |
BST | 21 | 為高側開關MOS提供導通電壓的自舉引腳。 |
VLDO | 22 | LDO輸出。使用4.7uF 10V耐壓的旁路電容。 |
PMID | 23 | 對地連接一個10uF的旁路電容。 |
EP | PAD | 熱焊盤以及地參考。這個焊盤用於散熱以及為芯片提供地參考,必須與芯片外部的地有良好的電氣連接。 |
ETA6953引腳圖:
ETA6953典型電路:
ETA6953典型表現特征:
ETA6953功能描述:
ETA6953是一個高度集成的3A開關模式單芯鋰電池充(3.7V)電芯片,內部包含防反沖FET、高側FET、低側FET和電池FET,同時還內置了自舉二極管和高側FET驅動。
無輸入電池上電模式:
當系統裝上電池沒有其他外部電源輸入時,ETA6953會通過打開BATFET而不開啟VLDO的方式檢查電池電壓,這樣可以將檢測需要的電流最小化,特別是NTC電阻網絡。系統所有供電都來自於電池。VLDO將會一直關閉,直到自舉電路開始工作。無論如何,為了最優化輕載模式下電池的充電電流,BATFET的電荷泵會工作在一個較低的頻率。
有外部輸入同時系統裝載了電池模式:
當系統接入了外部電源輸入時,ETA6953會打開內部LDO和所有的偏置電源。此時,ETA6953將會在內部BUCK電路工作前檢測和設定系統的最大輸入電流。ETA6953的上電順序如下:
- 給VLDO上電;
- Poor Source Qualification;
- 輸入電流檢測,通過PSEL引腳設定默認的輸入電流(也可通過IINDPM寄存器來進行更精細的設置);
- 輸入電壓閾值設定(受到VINDPM寄存器控制);
- 啟動內部BUCK電壓轉換。
VLDO啟動條件:
當系統滿足以下條件時,VLDO就會啟動:
- VAC超過3.65V時;
- 在BUCK模式下VAC超過Vbat(電池電壓)+Vsleep(休眠電壓,200mV)或在BOOST模式下VAC低於Vbat+Vsleep。
在這兩個條件滿足之后,VLDO就會立馬啟動。
電源檢測:
在VLDO上電之后,ETA6953會檢測輸入電源的過流能力。要使ETA6953啟動內部BUCK降壓器,輸入電源必須滿足以下條件:
1、VLDO使能后延時200ms;
2、VAC電壓低於VAC過壓保護閾值;
3、輸出30mV拉電流之后VAC電壓仍高於3.8V。
如果在30ms內電源檢測失敗,ETA6953會每隔2S再檢測一次。如果輸入電源滿足以上所有條件,狀態寄存器VBUS_GD就會被設置為高,nINT引腳將會給主機發送脈沖信號。
輸入電源類型檢測:
在VBUS_GD被設置之后,ETA6953將會通過PSEL引腳進行輸入電源類型檢測。完成輸入電源類型檢測之后,輸入電源限制寄存器將會被改寫,限制電流大小。PG_STAT和VBUS_STAT就會被更新。
通過PSEL引腳設置輸入電源限制:
ETA6953可以通過PSEL引腳來限制輸入電流。當ETA6953工作在默認模式時,輸入電流會限制在0.5A(PSEL高電平)或2.4A(PSEL低電平)。當ETA6953在主設備模式下,輸入電流限制會通過IINDPM來設置。但是如果在主設備模式下,主機將IINDET_EN寫1,ETA6953的輸入電流限制將會強制按照PSEL引腳的設定來,並且按照PSEL引腳設定重寫IINDPM。在此之后,IINDET_EN就會自動清0。這樣IINDPM寄存器的值就會和PSEL引腳設定保持一致(0.5A或2.4A)。
BUCK電源啟動:
在設定輸入電流之后,ETA6953將會啟動HSFET和LSFET。ETA6953將會提供軟起動、VSYS短路保護的功能。軟起動之后,就會打開BATFET,啟動充電程序。
軟起動功能將會使系統電源軌傾斜上升。當系統電壓低於2.2V時,電流將被限制在200mA,或通過IINDPM來限制電流。當系統電壓超過2.2V之后,系統電流按照IINDPM寄存器的值來限制。作為電池充電器,ETA6953擁有一個1.5Mhz 高效的降壓穩壓器。ETA6953內部的晶體將會在各種情形下都嚴格控制開關頻率。
為了提高輕載模式的效率,ETA6953會切換到PFM控制,當電池電壓低於最小系統電壓,或者充電停止。在PFM控制期間,ETA6953的開關周期會通過SYS和VBUS的電壓比值設定。PFM_DIS寄存器用來失能PFM控制,這樣就能避免BUCK或BOOST模式里出現PFM控制。
BOOST電源啟動:
ETA6953提供了一個最大輸出1.2A的BOOST電源,當系統滿足以下條件時,將會啟動BOOST電源:
1、VBAT電壓超過退出BOOST模式電壓閾值;
2、VBUS低於VBAT+VSLEEP;
3、OTG_OCNFIG = 1;
4、TS引腳在可接受的輸入范圍(VBHOT<VTS <VBCOLD)。
處於BOOST模式時,狀態寄存器VBUS_STAT被設置為111,VBUS輸出為5.15V,默認為1.5Mhz頻率下輸出。輸出電流最大可達到1.2A,通過IIC來限制輸出大小(BOOST_LIM寄存器)。當BAT電壓超過VOTG_BAT電壓閾值時,