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本文介绍了4.2V锂电池充电芯片的主流型号,分析其参数、适用场景及选型要点,帮助工程师选配合适的充电芯片。
做过便携电子项目的工程师大概率都踩过充电芯片的坑:明明参数标着支持1A充电,实际跑起来发烫到掉电流;号称集成度高不用外围元件,结果转灯逻辑乱得一塌糊涂;几块钱的便宜货批量上车,低温下直接充不进电把售后电话打爆。对于单节锂电池来说,4.2V是**通用的满电电压阈值,选对一颗合适的充电芯片,几乎能解决80%的供电端可靠性问题。
今天就把目前市面上流通**广、经过量产验证的4.2V充电芯片按定位梳理清楚,把每款的参数特点、适配场景说透,不管是做小批量打样还是百万级量产,都能照着找到合适的选项。
先说**常用的消费级线性充电芯片,也是绝大多数便携产品的**。
这一类芯片结构简单、外围元件少、成本低,适合小电流充电的便携设备,核心差异集中在充电电流、耐压值和集成功能上。
**经典的莫过于TP4056,可以说是4.2V充电芯片里的“常青树”。来自南京拓微的这款芯片,十几年前就已经大规模普及,至今依然是很多小成本产品的**。它的**大充电电流可以做到1A,通过外部电阻就能灵活设置电流大小,不需要复杂的软件配置,自带充饱转灯、温度保护、输入反接保护功能,外围只需要一个电容一个电阻就能工作,裸片成本甚至不到两毛钱。早年的充电宝、蓝牙音箱、老人机,几乎全是它的身影。但它的缺点也很明显:线性结构的发热量大,1A充电时芯片表面温度很容易冲到60度以上,耐压值只有6V,遇到劣质充电器的高压尖峰很容易烧坏,没有路径管理功能,充电时不能同时给负载稳定供电。
比TP4056定位稍高的是ME4055,来自南京微盟的这款芯片算是前者的升级款。它的**大充电电流同样支持1A,但是耐压做到了10V,抗浪涌能力强了不少,优化了充电截止算法,截止电流更**,不会出现充不满或者过充的问题,同样支持SOP8和ESOP8封装,外围元件和TP4056几乎通用,成本只贵了一毛多,现在很多对可靠性有一点要求的消费电子,都已经换成了这款替代老型号。
如果要做更小电流的穿戴设备,那TP4054是更合适的选择。它的**大充电电流是500mA,封装用的是SOT23-5,体积只有指甲盖的四分之一大,外围只需要两个元件,成本低到几分钱,适合蓝牙耳机、智能手环、触控笔这类小容量电池的产品。只是它的保护功能比较基础,不能设置过大的电流,适合对成本和体积极度敏感的场景。
如果需要大电流线性充电,可以看一下LP4068,来自微源半导体的这款芯片**大充电电流能做到2A,内部做了散热优化,ESOP8封装带散热片,2A充电时的温度比普通1A芯片还要低,自带电池反接保护、输入过压保护,适合快充充电宝、便携摄影设备这类电池容量稍大,又不想用开关充电结构的产品。
对于大功率设备来说,开关型4.2V充电芯片才是更合理的选择。
线性充电芯片的效率**高只有90%左右,电流越大发热越严重,当充电电流需要做到2A以上时,开关型充电芯片的优势就体现出来了,这类芯片的效率普遍能到95%以上,发热小、支持更大的电流,只是外围元件稍多,成本也高一些。
**常用的开关型充电芯片是TP5100,拓微的这款双开关降压充电芯片,**大充电电流能做到2A,输入耐压高达18V,支持汽车电源、适配器宽电压输入,效率**高97%,2A充电时芯片表面温度不到40度,自带充电指示灯、温度保护、输入欠压保护,适合大容量充电宝、户外便携设备、电动车车载充电类产品,外围只需要一个电感和几个电容,设计难度很低,稳定性经过了很多年的量产验证。

如果需要更大的电流,可以看一下IP2315,英集芯的这款同步开关充电芯片**大支持3A充电,输入耐压12V,效率96%以上,集成了路径管理功能,也就是说充电的时候可以同时给设备供电,不会出现插着充电器却拉低电池电压的情况,还支持电池温度检测、输入电流自适应,避免拉垮小功率适配器,适合大功率蓝牙音箱、便携打印机、户外储能小电源这类产品,内置了完整的充电状态逻辑,不需要额外加单片机就能实现完整的充电指示。
如果是需要Type-C接口受电的产品,还可以选择集成了PD协议的开关充电芯片,比如SW3521,智融的这款芯片内置了PD2.0/3.0、QC3.0等多种快充协议,能自动识别适配器的快充档位,**大充电电流3A,耐压24V,效率97%,甚至还支持输出放电功能,一颗芯片就能做成双向快充的移动电源,现在很多新款的快充充电宝、便携快充设备都在用这颗芯片,能省掉一颗协议芯片,整体BOM成本反而更低。
还有一类是带特殊功能的4.2V充电芯片,适合特定场景的需求。
如果是做需要路径管理的低功耗设备,比如智能门锁、IoT传感器,普通的充电芯片插电时会直接让电池和输入并联,一旦电池出现问题,负载就会断电,带路径管理的芯片就能解决这个问题。比如BQ24072,TI的这款经典芯片,**大充电电流1.5A,集成了理想二极管路径管理,输入供电时优先给负载供电,多余的电流再给电池充电,输入掉电时无缝切换到电池供电,不会出现系统复位的问题,静态电流只有几十微安,待机时几乎不耗电池电量,只是价格稍高,一片要几块钱,适合对可靠性要求高的工业级、车规级产品。
如果是做矿用、工业设备这类对安全要求极高的场景,可以选择带全链路保护的车规级芯片,比如MP26028,MPS的这款芯片通过了AEC-Q100认证,**大充电电流2A,耐压36V,能扛住车载系统的高压尖峰,内置了过流、过压、过温、短路、电池反接全部保护功能,甚至还有电池故障检测功能,能识别坏电池并停止充电,可靠性远高于消费级芯片,自然成本也高,一片要十几块钱,适合工业、车载这类对成本不敏感但对稳定性要求极高的场景。
如果是做超小尺寸的穿戴设备,还可以看一下集成了充电和升压功能的二合一芯片,比如ETA9740,钰泰的这颗芯片把充电、升压、保护全部集成在一个QFN小封装里,只需要一个电感就能实现充电和给系统供电的升压功能,外围元件极少,体积可以做得非常小,适合TWS耳机充电仓、小型可穿戴设备,能把PCB面积压缩到指甲盖大小。
**后说几句选型的实在建议,不用盲目追求贵的,适合自己产品定位的才是**好的。
如果是做成本敏感的普通消费电子,1A以内电流的,ME4055是性价比**高的选择,比老款TP4056可靠性高,成本贵不了多少;如果是做小电流穿戴设备,TP4054足够用,体积小成本低;2A以内对发热有要求的,可以选LP4068这类优化过散热的线性芯片。
如果是2A以上大电流充电,优先选开关型芯片,12V输入以内的选IP2315,需要更宽电压输入的选TP5100,需要PD快充受电的选SW3521,能省不少协议芯片的成本。
如果是工业、车载、高可靠性场景,别省那几块钱的芯片成本,直接选TI、MPS的工业级芯片,批量出了问题省的那点钱还不够售后的差旅费。
另外要注意一个很容易踩的坑:买芯片的时候一定要找正规代理商拿货,现在市面上的4.2V充电芯片假货、拆机片特别多,几块钱一百片的TP4056很多都是回收的拆机片重新打标的,参数离散性极大,温度特性差,很容易出现过充或者充不饱的问题,量产物料千万不要在零散市场随便拿货。
毕竟充电芯片是设备供电的**道关口,这颗几块甚至几毛钱的东西出了问题,后面整机的口碑都要跟着赔进去。选型的时候把电流留够30%的余量,耐压比实际输入高两倍,按照典型参考电路做设计,基本就不会出大问题。
你们平时做项目**常用哪款充电芯片?踩过哪些充电相关的坑?欢迎在评论区聊一聊。
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