UCT3684 [ETC]
;
| 型号： | UCT3684 |
| 厂家： | 
ETC |
| 描述： | |
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0755-82562087
UCT3684-2-3-4 系列
6A 开关型多节锂电池充电控制器
概述:
UCT3684 系列是开关型 PWM 降压模式多节锂电池充电管理集成电路，能独立对 2 节、3 节及 4
节锂电池充电进行自动管理，具有封装外形小，外围元器件少和使用简单等优点。
UCT3684设计为恒流和恒压充电模式，非常适合多节锂电池的充电应用。在恒压充电模式，UCT3684
将电池电压调制在 8.4V(二节)、12.6V(三节)、16.8V(四节)分别对应于（UCT3684、UCT3684-3、UCT3684-4
以下同理），恒压精度为±1%；在恒流充电模式，充电电流通过一个外部电阻设置，最高可达 6A。
充电过程中，对于深度放电的锂电池，当电池总电压低于5.6V、8.4V、11.2V时，UCT3684自动采用
设置的恒流充电电流的15%对电池进行涓流充电，直到电池总电压高于5.6V、8.4V、11.2V时再转入恒流
充电模式。在电池总电压达到8.4V、12.6V或者16.8V时，进入恒压充电阶段，此时充电电流随时间逐渐
减小，当充电电流降低到外部电阻所设置的结束值时，充电结束。
在充电结束状态，如果电池电压下降到8V、12V、16V时，UCT3684自动开始新的充电周期。当输
入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，UCT3684自动进入低功耗的睡眠模式。
其它功能还包括输入低电压锁存，电池温度监测，电池端过压保护和充电状态指示等。
UCT3684 采用 16 管脚 TSSOP 封装，并且使用无铅，无卤素元素，满足 RoHS。
性能特点:
应用领域:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
7.5V 到 28V 的宽输入电压范围
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
便携式 DVD，对讲机
完整的 2、3、4 节锂电池充电管理
充电电流可达 6A
笔记本电脑、平板电脑
数码相机、摄像机
备用电池应用
PWM 开关频率：300KHz
恒压充电电压精度： ±1%
恒流充电电流由外部电阻设置
对深度放电的电池进行涓流充电
充电电流及结束电流可由外部电阻设置
电池温度监测功能
电动工具
便携式工业和医疗仪器
独立电池充电器
航模电池
自动再充电功能
充电状态和充电结束状态指示
软启动功能
电池端过压保护
工作环境温度：－40 到 ＋85
采用 16 管脚 TSSOP 封装
订购信息：
型 号
恒压充电值
8.4V
适用锂电池节数
封
装
UCT3684
UCT3684-3
UCT3684-4
2 节
3 节
4 节
TSSOP-16
TSSOP-16
TSSOP-16
12.6V
16.8V
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UCT3684 DATASHEET
典型应用电路:
图 1 典型应用电路
管脚排列:
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UCT3684 DATASHEET
管脚描述:
管脚序
名 称
说
明
号
1
VG
内部电压调整器输出。为驱动电路提供电源，需接 0.01uF 电容旁路。
功率电源地
2
PGND
GND
3
模拟电源地
CHRG
充电状态指示端，漏极开路输出。在充电状态，内部 N-MOSFET 将此管脚拉
到低电平；否则，此管脚为高阻状态。
4
5
6
DONE
充电结束指示端，漏极开路输出。在充电结束状态，内部 N-MOSFET 将此管
脚拉到低电平；否则，此管脚为高阻状态。
电池温度监测输入端。在此管脚到地之间连接一个负温度系数的热敏电阻
用以传感电池温度。
TEMP
7
8
EOC
充电结束电流设置端。将此管脚直接接到地或者通过一个预设电阻接到地。
回路补偿输入端 1。在此管脚到地之间接一个 470pF 的电容。
回路补偿输入端 2。在此管脚到地之间串联连接一个 120Ω的电阻和一个
220nF 的电容。
COM1
9
COM2
10
11
12
test
COM3
NC
测试端。应用时需将此管脚接到地。
回路补偿输入端 3。在此管脚到地之间接一个 100nF 的电容。
空脚
充电电流检测正输入端。此管脚和BAT管脚间接充电电流检测电阻RCS，其
两端的电压反馈给芯片进行电流调制。
13
CSP
电池电压检测输入端和充电电流检测负输入端。内部高精度电阻分压网络
连接到此管脚，同内部高精度的电压参考源和运算放大器一起决定了恒压
充电电压。
14
BAT
外部电源输入端。VCC 也是内部电路的电源。此管脚到地之间需要接一个
滤波电容。
15
16
VCC
DRV
驱动片外 P 沟道 MOS 场效应晶体管的输出端，接其栅极。
极限参数
VCC，VG，DRV，CHRG，DONE 到 GND 的电压……..................................................…－0.3V ~ 30V
CSP，BAT 到 GND 的电压………………………...................................................………..…－0.3V ~ 28V
COM3 到 GND 的电压…………………………...........…………........……......…………..........…….6.5V
其它管脚到 GND 的电压……………………………………................…....………－0.3V ~ VCOM3+0.3V
存储温度………………………………………………………………..........……...……..…－65℃ ~ 150℃
工作环境温度………………………….………………………........….......………….....…－40℃ ~ 85℃
焊接温度(10 秒)……………………………........…………........……........…………………..……300℃
注意 NOTE：以上给出的仅仅是极限范围，在这样的极限条件下工作，器件的技术指标将得不到保证，长期在
这种条件下工作会影响器件的可靠性。超出以上所列的极限参数应用可能造成器件的永久损坏。
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UCT3684 DATASHEET
电气特性:
（对 UCT3684 及 UCT3684-3：VCC=15V；对 UCT3684-4：VCC=20V；TA=－40℃ 到 85℃，除非另有注明）
参
数
符 号
VCC
测 试 条 件
最小
7.5
典型
最大
28
单位
V
输入电压范围
低电压锁存阈值
UVLO
4.2
6
7.3
2
V
UCT3684
1.1
1.55
1.75
1.95
8.4
芯片工作电流
恒压调制电压
IVCC
V
BAT＞VREG
UCT3684-3
UCT3684-4
UCT3684
1.2
2.3
2.5
8.484
mA
V
1.4
8.316
恒压充电
模式
VREG
UCT3684-3
UCT3684-4
12.474 12.6 12.726
16.632 16.8 16.968
V
BAT＞5.6V、8.4V、11.2V
BAT＜5.6V、8.4V、11.2V
190
18
200
30
210
42
电流检测阀值
VCS
IBAT
mV
uA
（测量 VCSP－VBAT
）
V
流入 BAT 管脚电流
充电结束模式或睡眠模式
15
25
UCT3684
BAT管脚
5.4
5.6
8.4
11.2
0.2
0.3
0.4
1.08
1
5.8
8.7
11.6
涓流充电阈值
UCT3684-3
8.1
V
VPRE
电压上升
UCT3684-4
10.8
UCT3684
BAT管脚
涓流充电阈值迟滞
UCT3684-3
V
HPRE
电压下降
UCT3684-4
过压保护阈值
过压保护释放阈值
TEMP 管脚
Vov
电池电压上升
电池电压下降
1.06
0.98
1.1
VREG
Vclr
1.02
上拉电流
Iup
38
50
62
uA
V
比较器高端阈值
比较器低端阈值
CHRG 管脚
Vthh
Vthl
TEMP 管脚电压上升
TEMP 管脚电压下降
1.57
1.61
1.65
0.145 0.175 0.205
V
CHRG管脚下拉电流
CHRG管脚漏电流
DONE 管脚
7
7
12
12
18
18
mA
uA
VCHRG=1V，充电模式
ICHRG
ILK1
VCHRG=25V，充电结束模式
1
1
管脚下拉电流
管脚漏电流
VDONE=1V，充电结束模式
VDONE=25V，充电模式
mA
uA
IDONE
ILK2
振荡器
工作频率
最大占空比
睡眠模式
240
300
94
360
kHZ
%
fosc
Dmax
VBAT=8V
VCC
0.06
0.1
0.1
0.14
0.18
0.28
0.39
0.52
0.58
睡眠模式阈值
VBAT=12V
falling
0.14
0.23
0.32
0.42
0.47
V
VSLP
(测量VCC－VBAT
)
VBAT=16V
0.18
0.26
0.32
0.38
VBAT=8V
VCC rising VBAT=12V
VBAT=16V
睡眠模式释放阈值
(测量VCC－VBAT
V
VSLPR
)
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参数
符号
测试条件
最小
典型
最大
单位
DRV 管脚
V
DRV 高电平
VH
VL
I
DRV＝－10mA
DRV＝0mA
60
mV
V
(VCC－VDRV
)
VDRV 低电平
I
5
6.5
8
(VCC－VDRV
上升时间
)
Cload＝2nF, 10% to 90%
Cload＝2nF, 90% to 10%
30
30
40
40
65
65
ns
ns
tr
tf
下降时间
工作原理:
UCT3684是开关型PWM降压模式的多节锂电池充电管理芯片，具有恒流恒压充电模式。恒流充电电
流由连接于CSP管脚和BAT管脚之间的电流检测电阻RCS设置，在恒压充电模式，电池电压被恒定为8.4V、
12.6V或者16.8V（分别对应于UCT3684、UCT3684-3、UCT3684-4，以下同理），精度为1%。
当VCC管脚电压大于低压锁存阈值（典型值为6V），并且大于电池电压时，充电过程启动，对电池
充电，此时
管脚输出被拉低，指示充电状态。如果此时电池电压低于5.6V、8.4V、11.2V，充电器
自动进入涓流充电模式，此时充电电流为所设置的恒流充电电流的15%，电池电压随涓流充电而上升。
当电池电压大于5.6V、8.4V、11.2V时，充电器进入正常恒流充电模式，此时充电电流由内部的200mV
基准电压和一个外部电阻RCS设置，即充电电流为 ICHRG =200mV/RCS。当电池电压继续上升接近恒压
充电电压8.4V、12.6V或者16.8V时，充电器进入恒压充电模式，输出电压被恒定为8.4V、12.6V或者16.8V，
此时充电电流随时间逐渐减小。当充电电流减小到EOC管脚电阻设置的值时，充电结束，DRV管脚输出
高电平，控制外部MOSFET关断。同时漏极开路输出
个漏极开路输出 管脚内部的晶体管接通，输出低电平，以指示充电结束状态。
在充电结束状态，如果断开输入电源，再重新接入，将启动一个新的充电周期。
管脚内部的晶体管关断，输出为高阻态；另一
充电结束以后，如果输入电源和电池仍然连接在充电器上，由于电池自放电或者负载的原因，电池
电压逐渐下降，当电池电压降低到再充电阈值8V、12V、16V时，将开始新的充电周期，自动再充电功
能可以保证电池的饱满度在80%以上。
当输入电源掉电或输入电压低于电池电压时，UCT3684自动进入睡眠模式，内部电路被关断，这样
可以大大减少电池的电流消耗，延长待机时间。
芯片内部的低电压锁存电路监测输入端电压(欠压保护 UVLO)，当输入电压低于6V(典型值)时，内
部电路被关断，充电器停止工作。
为了监测电池温度，需要在TEMP管脚和GND管脚之间连接一个10kΩ的负温度系数的热敏电阻，用
于传感电池温度。如果电池温度超出正常范围（过高或过低），TEMP管脚上的电压将超过阀值，充电
过程将被暂停，直到电池温度回复到正常温度范围内为止。
UCT3684内部还设有一个输出过电压比较器，当BAT管脚电压由于负载变化或者突然移走电池等原
因而上升时，如果BAT管脚电压上升到恒压充电电压的1.08倍时，过压比较器将动作，关断片外的P沟道
MOS场效应晶体管，充电器暂时停止工作，直到电池端电压恢复到正常值。
充电过程中的电流和电压示意图如图 2 所示。
完整的充电过程示意图如图 3 所示。
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涓流充电
恒流充电
恒压充电
4.2V/节
2.8V/节
充电结束
充电电流
电池电压
图 2 充电过程示意图
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上电
NO
休
眠
Vcc>VBAT
红绿 LED 灭
Yes
NO
休
眠
Vcc>6V
红绿 LED 灭
Yes
涓流充电
NO
VBAT>
2.8V/节
红色LED亮；
绿色LED灭；
Yes
恒流充电
红色LED亮；
绿色LED灭；
Yes
电池温度
异常
充电停止
红绿 LED 灭
NO
NO
VBAT=
4.2V/节
Yes
恒压充电
红色LED亮；
绿色LED灭；
Yes
Yes
NO
NO
VBAT<
电池温度
异常
充电停止
4V/节
红绿 LED 灭
NO
Yes
充电停止
绿色 LED 亮
红色 LED 灭
IBAT<IECO
注：红色 LED 接 CHRG 管脚；
绿色 LED 接 DONE 管脚；
图3 完整的充电过程示意图
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应用信息
1. 充电电流的设置
恒流充电电流由下式决定：
其中：
ICH 是恒流充电电流
RCS 是连接于CSP管脚和BAT管脚之间的充电电流检测电阻
建议的RCS 规格：
最大充电电流（A） RCS（mΩ）1%
R
CS 功率（W）
1
2
3
4
5
6
200
100
66
0.5
0.75
1
50
1.5
1.5
2
40
33
2. 充电结束电流的设置
在恒压充电模式，充电电流随时间逐渐减小，当充电电流减小到EOC管脚的电阻所设置的电流时，
充电结束。充电结束电流由下式决定：
其中：
z IEOC 充电结束电流，单位为安培
z Rext 是从EOC管脚到地之间连接的电阻，单位为欧姆。Rext 的电阻值不能大于100KΩ，否则充
电将不能正常结束。
z RCS是在CSP管脚和BAT管脚之间的充电电流检测电阻，单位为欧姆。
根据上面的公式可以计算充电结束电流与恒流充电电流的比值：
当Rext=0时（即EOC管脚接地），IEOC/ICH=9.23%，也就是说，此时充电结束电流为所设置的恒流充
电电流的9.23%。
当Rext=100KΩ时，IEOC/ICH=73.58%，即用户可设置的最大充电结束电流为所设置的恒流充电电流
的73.58%。
3. 电池温度监测
为了监测电池的温度，需要一个紧贴电池的负温度系数的热敏电阻（NTC）。当电池的温度超出可
以接受的范围时（过高或过低），充电将被暂时停止，直到电池温度回复到正常范围内。
负温度系数的热敏电阻应该连接在TEMP管脚和地之间。在芯片内部，TEMP管脚连接到两个比较器
的输入端，其低电压阈值为175毫伏，对应正常温度范围的高温度点；高电压阈值为1.6伏特，对应正常
温度范围的低温度点。
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一旦电池温度超出正常范围，充电过程将被暂时停止，直到电池温度恢复到正常范围内。
TEMP管脚的上拉电流为50uA，所以负温度系数的热敏电阻值在25℃时应该为10kΩ，在高温度点(约
对应50℃)时其电阻值大约为3.5kΩ；在低温度点时(约对应0℃)其电阻值大约为32kΩ。一些负温度系数
热敏电阻，比如TH11-3H103F，MF52(10 kΩ)，QWX-103和 NCP18XH103F03RB等，都能与UCT3684
配合使用。前面所列负温度系数的热敏电阻的型号仅供参考，用户可以根据具体需要选择合适的型号。
如果在高温度点和低温度点处负温度系数热敏电阻值比3.5 kΩ和32kΩ稍微大一点，用户可以通过
同热敏电阻并联一个普通电阻，将正常工作温度范围向下移动；反之，可以同热敏电阻串联一个普通电
阻，将正常工作温度范围向上移动。
如果不用电池温度监测功能，只要在TEMP管脚到地之间接一个10KΩ的普通电阻即可。
4. 状态指示
UCT3684有两个漏极开路状态指示输出端：
管脚和
管脚。在充电状态，
管脚被内部
晶体管下拉到低电平，在其它状态 管脚为高阻态。在充电结束状态，
管脚被内部晶体管下拉
到低电平，在其它状态，
结束的状态指示。
管脚为高阻态，在此两个管脚上分别接入两个LED可以作为充电及充电
此外，当电池没有接到充电器时，UCT3684会将输出电容充电到恒压充电电压，并进入充电结束状
态，由于BAT管脚的工作电流对输出电容的放电效应，BAT管脚的电压将会慢慢下降到再充电阈值，
UCT3684再次进入充电状态，这样在BAT管脚形成一个锯齿波形，同时
及
输出脉冲信号表示
没有安装电池。当电池连接端BAT管脚的外接电容为10uF时，脉冲的频率大约为10Hz。
当不用状态指示功能时，应将不用的状态指示输出端接到地。
表1列明了两个状态指示端口对应的充电器状态。这里假设红色LED连接到
管脚，其连接方式如图1所示。
管脚，绿色LED连
接到
管脚 (红色LED)
管脚 (绿色LED)
状态描述
状态
LED
状态
LED
灭
低电平
亮
高阻态
低电平
充电中
充电结束
高阻态
灭
亮
闪烁
脉冲信号
脉冲信号
闪烁
没有连接电池
三种可能情况
VCC管脚电压低于欠压保护电压
VCC管脚电压低于BAT管脚电压
电池温度异常
灭
高阻态
灭
高阻态
表1 状态指示说明
5. 片外功率管驱动
UCT3684的DRV管脚用于驱动片外PMOS场效应晶体管的栅极，该管脚能够提供比较大的瞬态电流
以快速接通和关断片外PMOS场效应晶体管。在驱动2nF的负载情况下，上升时间和下降时间典型值为
40nS。一般来讲，一个导通电阻为50毫欧的MOS场效应晶体管的输入等效电容大约为2nF。
UCT3684内部有钳位电路，以保证DRV管脚的低电平比VCC管脚的电压低8V(最大值)。比如，假设
VCC的电压为20V，那么DRV管脚的低电平为最小12V。这样，确保驱动多数具有极低导通电阻的低压P
沟道MOS场效应晶体管使其足以完全导通，从而提高充电器的工作效率。
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6. 回路补偿
为了保证电流调制回路和电压调制回路的稳定性，需要下面的回路补偿元件：
(1) 从COM1管脚到地之间接一个470pF的瓷片电容
(2) 从COM2到地之间串联连接一个120Ω的电阻和一个220nF的瓷片电容
(3) 从COM3到地之间连接一个100nF的瓷片电容
7. 电池连接检查
UCT3684没有专门的电池连接检查功能。但是，当电池没有连接到充电器上时，UCT3684将输出电
容作为电池充电到恒压充电电压后，进入充电结束状态，由于BAT管脚的工作电流对输出电容的放电效
应，BAT管脚的电压又将慢慢下降到再充电阈值，使UCT3684再次进入充电状态，充电器将在充电状态
和充电结束状态之间循环，这样在BAT管脚形成一个锯齿波形，同时
输出脉冲信号表示没有安装电
池。当电池连接端BAT管脚的外接电容为10uF时，脉冲的频率大约为10Hz。
注意：建议不要在充电器运行时将电池接入充电器，否则充电器可能在短时间内向电池灌入较大电流。
8. 输入和输出电容
输入电容对输入电源起滤波作用，需要吸收在输入电源上产生的纹波电流，所以输入电容必须有足
够的容量和额定纹波电流率。考虑在最坏情况下，输入电容的额定RMS纹波电流需要达到充电电流的二
分之一。
对输出电容的选择，是为了降低输出端的纹波电压和改善瞬态特性，主要需要考虑电容器的串联等
效电阻(ESR)。为此，建议采用陶瓷贴片电容。一般来讲，10uF的输出电容可以满足基本要求。
9. 功率电感的选择
在正常工作时，瞬态电感电流是周期性变化的。在P沟道MOS场效应晶体管导通期间，输入电压对
电感充电，电感电流增加；在P沟道MOS场效应晶体管关断期间，电感向电池放电，电感电流减小。电
感的纹波电流随着电感值的减小而增大，随着输入电压的增大而增大。较大的电感纹波电流会导致较大
的纹波充电电流和磁损耗。所以电感的纹波电流应该被限制在一个合理的范围内。
电感的纹波电流可由下式估算：
其中：
f是开关频率，300KHz
L是电感值
V
BAT是电池电压
VCC是输入电压
在选取电感值时，可将电感纹波电流限制在△IL＝0.4×ICH，ICH 是充电电流。请留意最大电感纹波
电流△IL 出现在输入电压最大值和电感最小值的情况下。所以充电电流较低时，应该尽量选用较大的电
感值。其次要注意的是功率电感的额定工作电流一定要大于最大充电电流并留有余量，以免功率电感饱
和导致充电器工作状态恶化。
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UCT3684 DATASHEET
常用功率电感规格的选择，请参考表2：
充电电流
输入电压
最小电感值
43uH
33uH
27uH
22uH
22uH
15uH
15uH
10uH
10uH
8uH
>20V
<20V
>20V
<20V
>20V
<20V
>20V
<20V
>20V
<20V
1A
2A
3A
4A
6A
表2 电感值的选择
10. MOSFET的选择
UCT3684的应用电路需要使用一个P沟道MOS场效应晶体管。选择该MOS场效应晶体管时应综合考
虑转换效率、MOS场效应晶体管功耗以及最高温度。
在芯片内部，栅极驱动电压被钳位在5.8V(典型值)，可以使用低开启电压Vgs的P沟道MOS场效应晶
体管。此时需要留意该MOS场效应晶体管的击穿电压BVDSS要大于最高输入电压。
选择P沟道MOS场效应晶体管时需要考虑的因素包括导通电阻Rds(on)，栅极总电荷Qg，反向传导电
容CRSS，输入电压和最大充电电流。
MOS场效应晶体管的最大功耗可以用下式来近似：
其中：
Pd是MOS场效应晶体管的功耗
VBAT是电池的最高电压
Vcc是最小输入电压
Rds(on)是P沟道场效应晶体管在室温(25℃)条件下的导通电阻
ICH是充电电流
dT是P沟道MOS场效应晶体管的实际温度与室温(25℃)的温度差
除了前面公式所描述的导通损耗I2Rds(on)外，MOS场效应晶体管还有开关损耗，开关损耗随着输入
电压的增加而增加。一般来讲，在输入电压小于20V时，导通损耗大于开关损耗，应该优先考虑导通电
阻比较小的MOS场效应晶体管；在输入电压大于20V时，开关损耗大于导通损耗，应该优先考虑反向传
导电容CRSS比较小的MOS场效应晶体管。一般CRSS的值在MOS场效应晶体管的技术规格书中都有列明，
如果没有明确列明该电容值，可由公式CRSS = QGD/ΔVDS来估算。
很多型号的MOS场效应晶体管，比如AO4435，CE9435A和AO3407A，都可以选用。
注意：前面所列MOS场效应晶体管的型号仅供参考，用户需要根据具体要求来选用适合的型号。
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11. 二极管的选择
在典型应用电路图1中的二极管D1和D2均为肖特基二极管。这两个二极管的额定电流能力至少要比
充电电流大；二极管的耐压要大于最高输入电压的要求。
二极管D1和D2的选择原则为够用即可，如果所选用二极管的通过电流能力或耐压远远超过所需要
的值，由于这样的二极管具有较高的结电容，将增加充电器的开关损耗，降低效率。1到3安培常用的型
号有：1N5819、1N5822、SS24、SS34等。
12. PCB设计的考虑
为了保证UCT3684能够正常工作和提高转换效率，在设计PCB时，需要考虑下面几点：
(1) 为了保证尽可能低的电磁辐射，两个二极管，P沟道MOS场效应晶体管，电感和输入滤波电容
的引线要尽量短。输入电容的正极到P沟道MOS场效应晶体管的距离也要尽量短。
(2) 在COM1，COM2和COM3管脚的回路补偿元件的接地端要就近直接接到UCT3684的模拟地
(GND)，这样可以避免开关噪声影响回路的稳定性。
(3) 输出电容的接地端和输入电容的接地端要先接到同一块铜皮再返回系统的地端。
(4) 模拟地和流经大电流(功率地)的地要独自返回系统地。
(5) UCT3684的GND管脚和PGND管脚也具有散热的功能，所以在可能的情况下，接地的铜皮面积
要尽可能大。对于输入电压比较高或者片外P沟道MOS场效应晶体管的栅极电容比较大的情况，此点尤
其重要。
(6) 将充电电流检测电阻RCS靠近电感的输出端，其放置方向要保证从芯片的CSP管脚和BAT管脚到
RCS的连线比较短。CSP管脚和BAT管脚到RCS的连线要在同一层次上，而且距离要尽可能小。
(7) 为了保证充电电流检测精度，CSP管脚和BAT管脚要直接连接到充电电流检测电阻上。如图4
所示。
图 4 充电电流的检测
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