FAN5405UCX_技术文档

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2015年7月

FAN5400/FAN5401/FAN5402 / FAN5403 / FAN5404 / FAN5405

符合 USB 规范的单体锂离子开关充电器（带 USB-OTG

升压调节器）

产品特性

说明

FAN5400系列(FAN540X)结合高度集成的开关模式充电器在最大

程度上缩短USB电源的单体锂离子充电时间，结合升压调节器

通过电池给USB外设供电。

. 用于单体锂离子和锂聚合物电池组的全集成高效充电器

. 比线性充电器的充电速度更快

. 充电电压精度：

0到125°C时为1%

25°C时为0.5%

通过操作速度高达3.4Mbps的I²C接口，可对充电参数和工作模

式进行编程。

.

5%输入电流调节精度

5%充电电流调节精度

充电器电路和升压调节器电路切换到3MHz在最大程度上降低外

部无源器件的大小。

. 输入电压的最大绝对值为20 V

. 输入工作电压最大值为6 V

. 1.25 最大充电速率

. 可通过具有快速模式及其兼容性的高速I²C接口

(3.4Mb/s)进行编程

FAN540X提供三相电池充电：调节、恒定电流及恒定电压。

要确保符合USB规范并在最大程度上缩短充电时间，应将输入

电流限定为通过I²C主机所设定的值。

充电是否终止由可编程最小电流决定。

带复位控制功能的安全计时器可为I²C主机提供安全备份^。

– 输入电流

电池电量低于内部阀值时，集成电路(IC)自动重新开始充电周

期。

– 快速充电 / 终端电流

如果移除了输入源，IC会进入高阻抗模式，可防止输入端电池

充电状态报告通过I²C端口发回给主机。

– 充电器电压

的漏电。

芯片温度达到120°C时充电电流会减小。

– 终端使能

. 占空周期范围宽的3 MHz同步降压PWM控制器

. 小尺寸1 H外部电感

FAN540X可作为升压调节器按照系统命令来运行。

升压调节器包括限制电池涌入电流的软启动。

FAN540X采用1.96

x

1.87

mm、20焊球、0.4

. 带复位控制功能的安全定时器

. VBUS经过1.8V稳压输出提供给辅助电路

. 由下降的充电电流调节来保持最小VBUS电压的弱输入源

. 防止电池漏电至VBUS的反向小漏电流

mm间距WLCSP封装。

1H

L1

VBUS

SW

R_SENSE

1F

C_BUS

0.1F

C_OUT

PGND

CSIN

68m

. 5 V，300 mA的升压模式，用于USB OTG的2.5到4.5

V电池输入

PMID

4.7F

Battery

+

C_MID

FAN540X

VBAT

SDA

SCL

C_BAT

10F

应用场景

SYSTEM

LOAD

DISABLE

VREG

C_REG

. 手机、智能手机、PDA

. 平板电脑、便携式媒体播放器

. 游戏机、数码相机

OTG/USB#

STAT

1F

图1。典型应用（FAN5403-05引脚输出）

商标所有权归各自生产商所有。

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FAN5400 Family • Rev. 1.0.9

订购信息

PN位：

IC_INFO[4:3]

器件型号

温度范围

封装

包装方法

FAN5400UCX

FAN5401UCX

FAN5402UCX

FAN5403UCX

FAN5403BUCX⁽¹⁾

FAN5404UCX

FAN5405UCX

FAN5405BUCX⁽¹⁾

Note:

-40至85°C

01

00

01

10

11

10

卷带

20焊球晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)、0.4mm间距，估计尺寸：

1.96 x 1.87mm

1. FAN5403BUCX and FAN5405BUCX Includes backside lamination

表1 功能对比总结

特殊

充电器⁽²⁾

自动

充电

安全

限制

无电池

行为

VREG

PN位：

REG3[4:3]

器件型号

从地址

E2引脚

（E3引脚）

FAN5400

FAN5401

FAN5402

FAN5403

FAN5404

FAN5405

注意：

01

00

01

10

11

10

1101011

1101010

是

否

是

否

是

否

是

否

是

关断

ON

AUXPWR

（连接至VBAT）

PMID

1.8V

关断

ON

禁用

2. 特殊充电器是限流充电器，而不是USB兼容电源。

表2 建议使用的外部器件

组件

说明

厂商

参数

典型值

1.0

单位

H

L

Murata： LQM2MPN1R0M

或等效

L1

1 H, 20%, 1.3 A, 2016

DCR (Series R)

C

85

m

10 F, 20%, 6.3 V, X5R,

0603

Murata： GRM188R60J106M

TDK: C1608X5R0J106M

C_BAT

C_MID

C_BUS

10

F

4.7 F, 10%, 6.3 V, X5R,

0603

Murata： GRM188R60J475K

TDK: C1608X5R0J475K

C⁽³⁾

4.7

1.0

1.0 F, 10%, 25 V, X5R,

0603

Murata GRM188R61E105K

TDK:C1608X5R1E105M

C

注意：

3. 6.3V额定值对于C_MID而言足够了，因为VBUS上的Q3为PMID提供过压浪涌保护。(图3).

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

框图

VREG

1.8V / PMID REG

C_REG

1F

PMID

Q3

C_MID

4.7F

VBUS

Q1

Q2

CHARGE

PUMP

C_BUS

1F

1H

L1

Q1A

Q1B

SW

POWER

OUTPUT

STAGE

PWM

MODULATOR

I_IN

CONTROL

VBUS

OVP

C_OUT

0.1F

R_SENSE

Battery

PGND

ISNS

VCC

+

CSIN

VBAT

DAC

VREF

C_BAT

SDA

SCL

PMID

SYSTEM

LOAD

I2C

INTERFACE

STAT

30mA

OSC

DISABLE

LOGIC

AND

OTG/USB#

CONTROL

图。2 IC和系统原理框图

VBUS

C_IN1

PMID

Q3

C_IN2

CHARGE

PUMP

Q1

Q1A

CSIN

Q1B

L1

SW

PMID

大于VBAT

小于VBAT

Q1A Q1B

Q2

1H

ON

关断

ON

R_SENSE

C_OUT

68m

PGND

VBAT

Battery

+

C_BAT

SYSTEM

LOAD

图3。功率级

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

引脚布局

A1

B1

C1

D1

E1

A2

B2

C2

D2

E2

A3

B3

C3

D3

E3

A4

B4

C4

D4

E4

A4

B4

C4

D4

E4

A3

B3

C3

D3

E3

A2

B2

C2

D2

E2

A1

B1

C1

D1

E1

俯视图

底视图

图4。 WLCSP-20 引脚分频

引脚说明

引脚号

A1, A2

A3

名称部件编号说明

VBUS

NC

所有

充电器输入电压和USB-OTG输出电压。通过一个1 F电容旁路至PGND。

未连接。该引脚和IC内部电路之间无外部连接。

I²C接口串行时钟。该引脚切勿悬浮。

A4

SCL

电源输入电压。输入充电器调节器的功率、输入电流感测的旁路点以及高压输入开关。

采用一个最小值为4.7 F, 6.3 V的电容旁路至PGND。

B1-B3

PMID

所有

B4

SDA

SW

所有

I²C接口串行数据。该引脚切勿悬浮。

C1-C3

C4

开关节点。连接至输出电感。

STAT

PGND

状态。开路漏极输出显示充电状态。当充电进行时，IC将该引脚拉至低电平。

电源地。栅极驱动和功率二极管的功率返回。从该引脚至C_MID底部的连接应该尽可能地短。

D1-D3

On-The-Go。结合OTG_EN和OTG_PL位使能升压调节器（参见表 16）。

VBUS通电复位(POR)时，该引脚将输入电流限值设置为t_15MIN充电。

D4

E1

OTG

所有

电流感测输入。与电池串联，连接至感测电阻。 IC采用该节点来感测流入电池的电流。

采用一个0.1 F的电容将该引脚旁路至PGND。

CSIN

所有

FAN5400,

FAN5401, 辅助电源。在高阻抗模式下与电池包连接为IC供电。通过一个1 F电容旁路至PGND。

FAN5402

E2

AUXPWR

FAN5403,

FAN5404,

充电禁用。如果该引脚为高电平，充电被禁用。当为低电平时，，充电由I2C寄存器控制。

如果该引脚为高电平，，15分钟计时器被复位。该引脚不影响32秒计时器。

禁用

FAN5405

调节器输出。连接至一个1F电容至PGND。该引脚能提供最高值为2 mA的DC负载电流。

E3

E4

VREG

VBAT

所有

对于FAN5400-FAN5402来说，输出电压PMID限值为6.5 V。对于FAN5403-

FAN5405，输出电压调节为1.8 V。

电池电压。连接至电池包的正(+)极。

如果电池通过长引脚连接，采用一个0.1 F的电容旁路至PGND。

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

绝对最大额定值

应力超过绝对最大额定值，可能会损坏设备。

在超出推荐的工作条件的情况下，该器件可能无法正常运行或操作，且不建议让器件在这些条件下长期工作。

此外，过度暴露在高于推荐的工作条件下，会影响器件的可靠性。绝对最大额定值仅是额定应力值。

符号

V_BUS

V_STAT

V_I

参数

连续

脉冲，最大非重复值100ms

最小值

–1.4

–2.0

–0.3

最大值

单位

VBUS电压

20.0

V

STAT电压

PMID电压

16.0

7.0

SW、CSIN、VBAT、AUXPWR、DISABLE 电压

–0.3

7.0

6.5⁽⁴⁾

V_O

其它引脚上的电压

V

dV_BUS

dt

当升压器或充电器为有效时，最大VBUS斜率大于5.5 V。

4

V/s

人体模型满足JESD22-A114

充电器件模型 JESD22-C101

2000

500

ESD

静电放电防护等级

V

T_J

T_STG

结温

–40

–65

+150

+260

°C

存储温度

T_L

引脚焊接温度，10秒

注意：

4. 选取6.5 V与V_I+0.3V中的较小值。

推荐工作条件

推荐的操作条件表定义了器件的真实工作条件。指定推荐的工作条件，以确保设备的最佳性能达到数据表中的规格。

飞兆半导体建议不要超过推荐工作条件，也不能按照绝对最大额定值进行设计。

符号

参数

最小值

最大值

单位

V_BUS

电源电压

4

6

4.5

4

V

V_{BAT（最大值）}升压使能时的最大电池电压

在VBUS短路时，VBUS压摆率为负值，

C_MID< 4.7 F，参见

充电时VBUS短路

T_A< 60°C

T_A> 60°C

dV_BUS

dt



V/s

2

T_A

T_J

环境温度

–30

+85

°C

结温（参见热调节和保护节）

+120

热性能

结-环境之间热阻与具体应用和电路板布局有关。

该数据由2s2p四层板测得，符合JESD51-JEDEC标准。

特别注意的是，不要超过给定环境温度T_A时的结温 T_J(max)。有关测量数据，参见表 11。

符号参数

典型值

60

单位

°C/W

_JA

_JB

结-环境之间热阻

结-PCB之间热阻

20

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

电气规格

若无其他说明：根据图1电路； T_J和T_A的推荐工作温度范围；

V_BUS=5.0 V； HZ_MODE； OPA_MODE=0; （充电模式）； SCL、SDA、OTG=0或1.8 V；以及T_J=25°C时的典型值。

符号

电源

参数

工作条件

最小值典型值最大值单位

V_BUS> V_{BUS（最小值）}、PWM开关

10

mA

V_BUS> V_{BUS（最小值）}； PWM使能、

2.5

I_VBUSVBUS电流

无开关（电池OVP条件）； I_IN 设置=100mA

0°C < T_J< 85°C、HZ_MODE=1

V_BAT< V_LOWV、32S模式0

63

90

5.0

20

A

0°C < T_J< 85°C, HZ_MODE=1,

I_LKG

VBAT至VBUS漏电流

0.2

V_BAT=4.2 V, V_BUS=0 V

0°C < T_J< 85°C, HZ_MODE=1,

V_BAT=4.2 V

高阻抗模式下的电池放电电

流

I_BAT

A

FAN5403-05、DISABLE=1、

10

0°C < T_J< 85°C、V_BAT=4.2 V

充电器电压调节

充电电压范围

3.5

–0.5%

–1%

4.4

+0.5%

+1%

V_OREG

T_A=25°C

V

充电电压精度

充电电流调节

输出充电电流范围

T_J=0至125°C

V_LOWV< V_BAT< V_OREG

V_BUS> V_SLP、R_SENSE=68 m

550

1250

mA

%

FAN5400-02

20 mV < V_IREG< 40 mV

FAN5403-05

95

92

97

94

100

97

105

102

103

100

I_OCHRG

通过R_SENSE的充电电流精度

FAN5400-02

V_IREG> 40 mV

FAN5403-05

100

97

弱电池检测

弱电池阙值范围

V_LOWV弱电池阙值精度

弱电池抗尖峰脉冲时间

逻辑电平： DISABLE、SDA、SCL、OTG

3.4

3.7

+5

V

%

–5

上升电压，2 mV过激

30

ms

V_IH

V_IL

I_IN

输入电压高电平

输入电压低电平

输入偏置电流

1.05

V

0.4

输入连接到GND 或VIN

0.01

1.00

A

充电终止检测

终止电流范围

V_BAT> V_OREG– V_RCH, V_BUS> V_SLP, R_SENSE=68 m

[V_CSIN– V_BAT]从3 mV至20 mV

[V_CSIN– V_BAT]从20 mV至40 mV

2 mV过激

50

400

+25

+5

mA

%

–25

–5

I_(TERM)终止电流精度

终止电流抗尖峰脉冲时间

30

ms

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

电气规格

若无其他说明：根据图1电路； T_J和T_A的推荐工作温度范围；

V_BUS=5.0 V； HZ_MODE； OPA_MODE=0; （充电模式）； SCL、SDA、OTG=0或1.8 V；以及T_J=25°C时的典型值。

符号

参数

工作条件

最小值典型值最大值单位

1.8V线性调节器

V_REG

1.8V调节器输出

I_REG从0至2 mA、FAN5403-05

1.7

1.8

1.9

V

接下页

输入电源检测

V_IN(MIN)1VBUS输入电压上升

V_IN(MIN)2充电时VBUS的最小值

t_{VBUS_VALID}VBUS验证时间

初始化及通过VBUS验证

4.29

3.71

30

4.42

3.94

V

充电期间

ms

特殊充电器(V_BUS) (FAN5403 – FAN5405)

V_SP特殊充电器设置点精度

电流限值最小值

–3

+3

%

I_IN设置为100 mA

I_IN设置为500 mA

88

93

98

I_INLIM

mA

输入限流阙值

450

475

500

V_REF偏置生成器

偏置调节器电压

短路电流限值

电池充电阙值

充电阙值

抗尖峰脉冲时间

V_BUS> V_{IN（最小值）}或V_BAT> V_{BAT（最小值）}

6.5

150

V

V_REF

20

mA

低于V_(OREG)

100

120

130

mV

ms

V_RCH

V_BAT下降至低于V_RCH阙值

STAT输出

V_STAT(OL)STAT输出低电平

I_STAT(OH)STAT高漏电流

电池检测

I_STAT=10 mA

V_STAT=5 V

0.4

1

V

A

在充电完成前的电池检测电

流（源电流）⁽⁵⁾

I_DETECT

–0.80

mA

ms

在检测到终止后开始，且V_BAT< V_OREG–V_RCH

t_DETECT充电器检测时间

262

睡眠比较器

进入睡眠模式阙值、

V_SLP

2.3 V < V_BAT< V_OREG、V_BUS下降

0

0.04

30

0.10

V

V_BUS– V_BAT

VBUS上升至高于V_SLP+

V_{SLP_EXIT}

上升电压

ms

V

_{SLP_EXIT}的抗尖峰脉冲时间

功率开关（参见图3）

Q3导通电阻（VBUS至PMID） I_IN(LIMIT)=500 mA

180

130

150

250

225

R_DS(ON)Q1导通电阻（PMID至SW）

Q2导通电阻（SW至GND）

充电器PWM调制器

mΩ

f_SW

振荡器频率

2.7

3.0

3.3

MHz

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

电气规格

若无其他说明：根据图1电路； T_J和T_A的推荐工作温度范围；

V_BUS=5.0 V； HZ_MODE； OPA_MODE=0; （充电模式）； SCL、SDA、OTG=0或1.8 V；以及T_J=25°C时的典型值。

符号

D_MAX

参数

工作条件

最小值典型值最大值单位

最大占空比

最小占空比

100

%

D_MIN

0

I_SYNC同步至异步电流截止阙值⁽⁶⁾低端MOSFET (Q2)逐周期限流

140

mA

接下页

升压模式操作（OPA_MODE=1、HZ_MODE=0）

2.5 V < V_BAT< 4.5 V, I_LOAD从0至200 mA

4.80

4.85

5.07

140

5.17

300

V_BOOSTVBUS上的升压输出电压

V

2.7 V < V_BAT< 4.5 V, I_LOAD从0至200 mA

PFM模式、V_BAT=3.6 V、I_OUT=0

I_BAT(BOOST)升压模式静态电流

I_LIMPK(BST)Q2峰值限流

A

1100

1380

2.42

2.58

1660

mA

当升压有效时

UVLO_BST升压操作的最低电池电压

VBUS负载电阻

V

启动升压调节器

2.70

正常运行

1500

100

K

R_VBUSVBUS至PGND电阻

保护和计时器

充电器验证



VBUS过压关断

V_BUS上升

6.09

6.29

100

2.3

2.00

100

30

6.49

V

VBUS_OVP

滞环

V_BUS下降

mV

A

I_LIMPK(CHG)Q1逐周期峰值限流

充电模式

V_BAT上升

电池短路阙值

1.95

20

2.05

40

V_SHORT

V

滞环

V_BAT下降

I_SHORT线性充电电流

V_BAT< V_SHORT

T_J上升

mA

7)

热关断阈值⁽

145

10

T_SHUTDWN

°C

滞环⁷

T_J下降

7)

T_CF

热调节阈值⁽

充电电流开始降低

120

2.1

25.2

13.5

°C

t_INT

检测间隔

s

充电器使能

20.5

18.0

12.0

–25

28.0

34.0

t_32S

32秒计时器⁽⁸⁾

s

充电器禁用

t_15MIN15分钟计时器

∆ t_LF低频计时器精度

说明:

15分钟模式(FAN5400、FAN5402,FAN5404、FAN5405)

15.0 最小值

25

充电器不工作

%

5. 负电流时指从电池流向V_BUS的电流（电池放电）。

6. Q2始终开启60 ns，然后当电流低于I_SYNC时关闭。

7. 由设计保证；未经产品测试。

8. 该容许度(%)适用于IC上所有的计时器，包括软启动和抗尖峰脉冲计时器。

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

I²C时序规格

设计保证。

符号

参数

工作条件

最小值典型值最大值单位

标准模式

快速模式

100

400

kHz

3400

f_SCL

SCL 时钟频率

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

1700

4.7

t_BUF

在STOP和START条件之间的总线空闲时间

START或重复起始保持时间

s

快速模式

1.3

标准模式

4

s

ns

s

ns

s

ns

s

ns

t_HD;STA

快速模式

600

160

4.7

1.3

160

320

4

高速模式

标准模式

快速模式

t_LOW

SCL 低电平时间

SCL高电平时间

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

快速模式

600

60

t_HIGH

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

120

4.7

600

160

250

100

10

t_SU;STA

重复START建立时间

快速模式

高速模式

标准模式

t_SU;DAT

数据建立时间

快速模式

ns

高速模式

标准模式

0

3.45

900

70

s

ns

快速模式

t_HD;DAT

数据保持时间

SCL 上升时间

SCL 下降时间

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

150

1000

300

80

20+0.1C_B

10

20

20+0.1C_B

10

20

20+0.1C_B

10

20

快速模式

t_RCL

ns

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

160

300

40

快速模式

t_FCL

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

80

1000

300

80

SDA上升时间

在Repeated START条件

下及ACK位后的SCL上升时间

快速模式

t_RDA

ns

t_RCL1

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

160

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I²C时序规格

设计保证。

符号

参数

工作条件

最小值典型值最大值单位

标准模式

快速模式

20+0.1C_B

300

80

t_FDA

SDA 下降时间

ns

高速模式，C_B< 100 pF

高速模式，C_B< 400 pF

标准模式

10

20

4

160

s

ns

pF

t_SU;STO

停止条件建立时间

快速模式

600

160

高速模式

C_B

SDA、SCL的电容负载

400

时序图

t_F

t_SU;STA

t_BUF

SDA

SCL

t_R

T_SU;DAT

t_HD;STO

t_HIGH

t_HD;DAT

t_LOW

t_HD;STA

REPEATED

START

STOP

START

图5。快速和慢速模式的I²C接口时序

REPEATED

START

STOP

t_FDA

t_RDA

t_SU;DAT

SDAH

t_SU;STA

t_RCL1

t_FCL

t_HIGH

t_HD;DAT

note A

t_RCL

t_SU;STO

SCLH

t_LOW

t_HD;STA

REPEATED

START

= MCS Current Source Pull-up

= R_PResistor Pull-up

Note A: First rising edge of SCLH after Repeated Start and after each ACK bit.

图6。适用于高速模式的I²C接口时序

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充电模式典型特征

若无其他说明，电路中图1V_OREG=4.2 V、V_BUS=5.0 V且T_A=25°C。

180

160

140

120

100

80

900

800

700

600

500

400

300

200

100

-

60

40

20

-

5.5VBUS

5.0VBUS

4.5VBUS

5.5VBUS

5.0VBUS

4.5VBUS

2.5

3

3.5

4

4.5

2.5

3

3.5

4

4.5

Battery Voltage, VBAT (V)

图7。电池充电电流与V_BUS，

I_INLIM=100 mA

图8。电池充电电流与V_BUS，_IINLIM=500 mA

94%

92%

90%

88%

86%

84%

94%

92%

90%

88%

86%

84%

4.20VBAT, 4.5VBUS

4.20VBAT, 5.0VBUS

3.54VBAT, 5.0VBUS

3.54VBAT, 4.5VBUS

4.5VBUS

5.0VBUS

5.5VBUS

550

650

750

850

950

1050

1150

1250

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

4.1

4.3

VBAT Load Current (mA)

Battery Voltage, VBAT (V)

图9。充电效率，无I_INLIM，I_OCHARGE=1250 mA

图10。充电效率与V_BUS，I_INLIM=500 mA

图11。V_BUS插入时，自动充电启动，I_INLIM=100 mA、OTG=1、V_BAT

图12. V_BUS插入时，自动充电启动，

I_INLIM=500 mA、OTG=1、V_BAT=3.4 V

=3.4 V

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充电模式典型特征

若无其他说明，电路中图1V_OREG=4.2 V、V_BUS=5.0 V且T_A=25°C。

图13。自动充电启动，限值充电器/整流器为300mA，I_INLIM=50

0 mA，OTG=1，V_BAT=3.4 V

图14。HZ_MODE位复位时，充电器启动，

I_INLIM=500 mA，I_OCHARGE=950 mA，OREG=4.2 V，V_BAT=3.6 V

图15。移除电池/充电时插入，V_BAT=3.9 V，I_OCHARGE=950 mA，

无I_INLIM，TE=0

图16。移除电池/充电时插入，

V_BAT=3.9 V，I_OCHARGE=950 mA，无I_INLIM，TE=1

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充电模式典型特征

若无其他说明，电路中图1V_OREG=4.2 V、V_BUS=5.0 V且T_A=25°C。

图17。 V_BUS上电时无电池； FAN5400、FAN5403

图18。 V_BUS上电时无电池； FAN5402、FAN5405

200

1.82

1.81

1.80

1.79

1.78

1.77

150

-30C

+25C

+85C

100

-10C, 5.0VBUS

+25C, 5.0VBUS

+85C, 5.0VBUS

50

0

4.0

4.5

5.0

5.5

0

1

2

3

4

5

1.8V Regulator Load Current (mA)

Input Voltage, VBUS (V)

图19。电池开路、高阻抗模式下的VBUS电流

图20。 V_REG1.8V输出调节

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升压模式典型特征

若无其他说明，采用图1电路，V_BAT=3.6 V、T_A=25°C。

100

95

90

85

80

75

95

90

85

2.7VBAT

-10C, 3.6VBAT

+25C, 3.6VBAT

+85C, 3.6VBAT

80

75

3.6VBAT

4.2VBAT

0

50

100

150

200

250

300

0

50

100

150

200

250

300

VBUS Load Current (mA)

图21。效率和V_BAT

图22。温度范围内的效率

5.12

5.09

5.06

5.03

5.00

4.97

4.94

5.12

5.09

5.06

5.03

5.00

4.97

4.94

2.7VBAT

3.6VBAT

4.2VBAT

-10C, 3.6VBAT

+25C, 3.6VBAT

+85C, 3.6VBAT

0

50

100

150

200

250

300

0

50

100

150

200

250

300

VBUS Load Current (mA)

图23。输出调节和V_BAT

图24。温度范围内的输出调节

250

200

150

100

50

20

15

10

5

-30C

+25C

+85C

-30C

+25C

+85C

0

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

Battery Voltage, VBAT (V)

图25。静态电流

图26。高阻抗模式电池电流

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升压模式典型特征

若无其他说明，采用图1电路，V_BAT=3.6 V、T_A=25°C。

图27。升压PWM波形

图28。升压PFM波形

30

25

20

15

10

5

2.7VBAT

-30C, 3.6VBAT

+25C, 3.6VBAT

+85C, 3.6VBAT

3.6VBAT

4.2VBAT

4.5VBAT

25

20

15

10

5

0

50

100

150

200

250

300

0

50

100

150

200

250

300

VBUS Load Current (mA)

图29。输出波纹和V_BAT

图30。输出波纹和温度

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升压模式典型特征

若无其他说明，采用图1电路，V_BAT=3.6 V、T_A=25°C。

V_BUS

I_L

IBAT

图31。启动，3.6 V_BAT、44 负载、额外10 µF、

X5R通过V_BUS

图32。 V_BUS故障响应、3.6 V_BAT

图33。负载瞬变，5-155-5 mA、t_R=t_F=100 ns

图34。负载瞬变，5-255-5 mA、t_R=t_F=100 ns

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电路描述/概述

当充电电池具有限流输入源时，如USB，开关充电器在宽输出

FAN540X旨在配合VBUS处的限流输入电源使用。

在充电的电流调节阶段，I_INLIM或经过编程的充电电流限制了可

用于对电池充电或为系统供电的电流大小。

I_INLIM对I_CHARGE的影响请见图36。

电压范围内的高效率最大限度地缩短了充电时间。

FAN540X结合高度集成的同步降压调节器，使用同步升压调节

器充电，可为USB

On-The-Go

(OTG)外设提供5V的电压。

V_OREG

调节器针对充电器和升压调节器同时采用同步整流，以在不同

的电池电压和充电状态下保持高效。

I_CHARGE

I_OCHARGE

FAN540X有三种工作模式：

1. 充电模式：

为单节锂离子或锂聚合物电池充电。

I_TERM

V_SHORT

2. 升压模式：

I_SHORT

使用以电池作为输入的集成同步整流升压调节器为USB-

OTG提供5V电压。

3. 高阻抗模式：

升压和充电电路在该模式下均为关闭状态。。

在该模式下，从VBUS流向电池或从电池流向VBUS的电流被

截断。该模式仅从VBUS或电池中消耗极少的电流。

PRE-

CHARGE

CURRENT REGULATION

VOLTAGE

REGULATION

图35。充电曲线，I_CHARGE不受I_INLIM限制

注意：缺省设置采用粗字体表示。

V

OREG

充电模式

在充电模式下，FAN540X采用四个调节环路：

1. 输入电流：

限制从VBUS输出的电流大小。

该电流从内部感测，可通过I²C接口进行编程。

I_TERM

2. 充电电流：

限制最大充电电流。

V

SHORT

该电流采用外部R_SENSE电阻进行感测。

I_SHORT

3. 充电电压：

防止调节器超过该电压。

当内部电池电压上升时，电池的内部电阻和R_SENSE互相配合

，与充电电压调节器一起降低流入电池的电流大小。

当通过R_SENSE的电压低于I_TERM阙值时，充电完成。

PRE-

CHARGE

CURRENT REGULATION

VOLTAGE

REGULATION

4. 温度：

如果IC的结温达到120°C，充电电流将持续降低，直到IC

图36。充电曲线，I_INLIM限制I_CHARGE

的温度稳定在120°C。

假设V_OREG被编程到手机的全充电“浮动”电压，则电池使用PWM

调节器来接受电流，将其输出（在VBAT处感测）限制到V_OREG衰

减值，且充电器进入充电电压调节阶段。

此外，FAN5403-

05采用一个额外的环路，将VBUS上的压降限制在可编程的电压

(V_SP)，这是为了容纳“特殊充电器”，以便将电流限制在“普

通”USB壁式充电器可提供的值。

电流下降到已编程的I_TERM值后，充电循环即完成。

可通过复位TE位(REG1[3])来禁用充电电流终止。

可使用OREG位编程充电器输出或“浮动”电压，从3.5 V 到

4.44 V，以 20 mV为增量，如表 3所示。

电池充电曲线

如果电池电压低于V_SHORT，线性电流源对电池进行预充电，直到

V_BAT达到V_SHORT。

PWM充电电路将启动，如果有足够的输入功率，电池将采用恒

定电流进行充电。电流压摆率将被限制，以防止过冲。

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表 3。 OREG位(OREG[7:2])与充电器V_OUT

(V_OREG)浮动电压

出现以下情况之一时，会开始新的充电循环：

. 电池电压降低于V_OREG- V_RCH

十进制 HEX

VOREG

十进制 HEX

VOREG

. VBUS“上电复位”(POR)清零，且电池电压低于电池低电

压阈值(V_LOWV)。除FAN5401外，所有型号都是如此。

2

0

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0A

0B

0C

0D

0E

0F

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

1A

1B

1C

1D

1E

3.50

3.52

3.54

3.56

3.58

3.60

3.62

3.64

3.66

3.68

3.70

3.72

3.74

3.76

3.78

3.80

3.82

3.84

3.86

3.88

3.90

3.92

3.94

3.96

3.98

4.00

4.02

4.04

4.06

4.08

4.10

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

2A

2B

2C

2D

2E

2F

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

3A

3B

3C

3D

3E

4.14

4.16

4.18

4.20

4.22

4.24

4.26

4.28

4.30

4.32

4.34

4.36

4.38

4.40

4.42

4.44

1

CE

.

或HZ_MODE通过IC写入CONTROL1

2

(R1)寄存器来复位。

充电电流限值(I_OCHARGE)

表 5。 I_OCHARGE(REG4

3

4

[6:4])电流与I_OCHARGE位和R_SENSE电阻值成函数关系

5

I_OCHARGE(mA)

68 m 100 m

V_RSENSE

(mV)

6

十二月

BIN

HEX

7

0

1

2

3

4

5

6

7

000

001

010

011

100

101

110

111

00

01

02

03

04

05

06

07

37.4

44.2

51.0

57.8

64.6

71.4

78.2

85.0

550

650

374

442

510

578

646

714

782

850

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

750

850

950

1050

1150

1250

终止电流限值

TE (REG1[3])=1时，电流充电终止使能

典型的终止电流值在表6中给出。

表6。 I_TERM电流与I_TERM位

(REG4[2:0])和R_SENSE电阻值

成函数关系

FAN5400 - FAN5402

FAN5403 - FAN5405

I_TERM

V_RSENSE

(mV)

V_RSENSE

(mV)

I_TERM

68 m 100 m

0

1

2

3

4

5

6

7

3.4

6.8

50

34

3.3

6.6

49

33

66

100

150

200

250

300

350

400

68

97

10.2

13.6

17.0

20.4

23.8

27.2

102

136

170

204

238

272

9.9

146

194

243

291

340

388

99

13.2

16.5

19.8

23.1

26.4

132

165

198

231

264

以下充电参数可使用主机，通过I²C:进行编程

表 4 可编程充电参数

参数

名称

V_OREG

寄存器

输出电压调节

电池充电限流

REG2[7:2]

REG4[6:4]

REG1[7:6]

REG4[2:0]

REG1[5:4]

充电电流降至低于I_TERM达到32 ms时；

PWM充电停止且STAT位变为READY

(00)

DONE

I_OCHRG

I_INLIM

I_TERM

约500 ms，同时IC会确定电池和充电源是否仍然连接。

STAT位随即改变为CHARGE

电流限值最小值

充电终止限制

电池电压不足

(10)，前提是电池和充电器仍然连接。

V_LOWV

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

处于充电模式的PWM控制器

USB兼容引导序列

IC使用电流模式的PWM控制器来调节输出电压和电池充电电流

。

适于所有型号，FAN5401、FAN5404除外

在VBUS

POR，当电池电压高于电池低阈值

同步整流器(Q2)有负的电流限值，会在140mA时关闭Q2，以防

电流从电池流出。

(V_LOWV)时，IC将根据其I²C寄存器设置操作。

V_LOWV，则IC将所有寄存器设置为默认值，并使能使用输入电流

如果V_BAT

<

限值的充电器，限值由OTG针（OTG为LOW时为100 mA，OTG为HI

GH时为500 mA）控制。

安全计时器

此功能可恢复电压过低的电池，以确保可靠的主机操作。

充电过程在没有主机通讯的情况下持续进行，即使电池已达到

V_OREG（默认值是3.54 V），充电器保持活动直到t_15MIN超时。

主机处理器开始写入IC后，主机会立即设置充电参数，主机必

须持续复位t_32S计时器，以便使用已编程的充电参数继续充电

。

此部分参考图。41和图。42。

充电开始时，IC会启动一个15分钟的计时器(t_15MIN)。

此计时器超时后，充电终止。

通过I²C写入任何寄存器都会停止并复位t_15MIN计时器，使其启动

一个32秒计时器(t_32S)。

设置TMR_RST位(REG0[7])将复位t_32S计时器。

如果t_32S计时器超时，则充电终止，寄存器被设置为默认值，

并使用这些默认值恢复充电，同时t_15MIN计时器运行。

如果t_32S超时，则会载入寄存器默认值，FAULT位被设置为110

，STAT变为高电平，且使用默认充电参数继续充电。

FAN5401和FAN5404在VBUS

POR时不会自动启动充电。

正常充电由主机控制，同时t_32S

相反，它们会等待主机通过I²C命令启动充电。

计时器运行，以确保主机处于活动状态。

运行t_15MIN计时器的充电方式用于无主机监管情况下的充电。

如果t_15MIN计时器超时，则IC关闭充电器，设置

输入限流

为了最大限度地缩短充电时间且不让VBUS电流限制过载，可通

过I_INLIM位(REG1[7:6])对IC的输入限流进行编程。

位，并在FAULT位(REG0[2:0])上指示计时器故障(110)。

CE

此序列在主机未能复位t_32S计时器时防止过度充电。

表 7。输入限流

V_BUSPOR / 非兼容充电器抑制

I_INLIMREG1[7:6]

电流限值最小值

100 mA

当IC检测到V_BUS已升高至超过

V_IN(MIN)1

(4.4 V)，IC会施加

要清零VBUS

一个110的负载，从VBUS到GND。

POR（上电复位）并开始充电，在IC启动充电之前，VBUS必须

保持高于V_IN(MIN)1并低于VBUS_OVP达 t_{VBUS_VALID}(30 ms)。

00

01

10

11

500 mA

VBUS验证序列始终发生在开始充电或重新开始充电前（例如，

在VBUS OVP故障或V_RCH重新充电启动后）。

800 mA

无限制

t_{VBUS_VALID}确保抑制未滤波的

对于除FAN5401和FAN5404之外的所有型号，OTG针在t_15MIN运行

时确定了输入限流。对于FAN5401和FAN5404，在VBUS

POR时不会发生自动充电，因此输入限流由I_INLIM位确定。

50 / 60 Hz充电器及其他非兼容充电器。

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

流程图

VBUS POR

YES

HZ State

HZ, CCEE# or

DISABLE Pin

set?

V_BAT> V_LOWV

YES

Charge

Configuration

State

NO

HZ, CCEE# or

DISABLE Pin

set?

T32Sec

Armed?

T15Min Timer?

NO

YES

HZ, CCEE# or

DISABLE Pin

set?

YES

HZ State

T32Sec

Armed?

NO

YES

Charge State

Reset all registers

Start T_15MIN

NO

图37。充电器VBUS POR

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CHARGE STATE

Disable Charging

NO

Indicate

VBUS Fault

Enable I_SHORT

,

Reset Safety reg

YES

V_BAT< V_SHORT

VBUS OK?

YES

NO

Indicate Charging

NO

PWM Charging

T_15MIN

VBUS OK?

YES

Indicate Charging

Timeout?

NO

YES

Disable Charging

Indicate timer fault

Set CE

Charge

Configuration

State

T_15MIN

YES

Timeout?

Indicate

VBUS Fault

NO

HIGHZ mode

I_OUT< I_TERM

YES

V_BAT< V_OREG–V_RCH

Indicate Charge

Complete

NO

Termination enabled

V_BAT> V_OREG–V_RCH

Reset Safety reg

Delay t_INT

NO

YES

Battery Removed

Stop Charging

YES

V_BAT< V_OREG–V_RCH

Reset charge

parameters

Enable IDET for T_DETECT

图38。充电模式

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Charge

Configuration

State

T32Sec

ARMED AND

CCEE# = 0?

YES

Charge State

NO

Has T15Min

and CCEE# = 0

START T15Min

NO

YES

VBAT < VOREG

for 262ms?

NO

YES

图39。充电配置

HZ State

DISABLE

Reset T15min

if running

HIGH

LOW

Stop T32Sec

RUN

T32Sec

NO

HZ or CE# set?

CE

YES

VBAT > VLOWV?

YES

HIGH

NO

DISABLE

LOW

Charge State

图40。 HZ-状态

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Charge Start

Start T_15MIN

Reset Registers

YES

T_32SEC

NO

Expired?

Start T_32SEC

Stop T_15MIN

YES

NO

T_15MIN

I²C Write

received?

T_15MIN

Continue

Charging

YES

NO

Active?

Expired?

Timer Fault :

Set CE

YES

CE

图。41 FAN5400、FAN5402、FAN5403、FAN5405的计时器流程图

Charge Start

from Host control

Timer Fault

Stop Charging and

Reset Registers

T_32SEC

Reset T_32SEC

Charge

NO

YES

Expired?

NO

TMR_RST

bit Set?

YES

图。42 FAN5401、FAN5404的计时器流程图

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表9。I_SAFE（I_OCHARGE

特殊充电器

限值）与ISAFE位(REG6[6:4])成函数关系

FAN5403-05 仅限

ISAFE (REG6[6:4])

如果VBUS是由电流受限的“特殊充电器”供电，则FAN5403、F

AN5404和FAN5405具有额外的特殊功能来限制输入电流。

FAN5403-05缓慢增加充电电流直到达到：

I_SAFE(mA)

DEC

BIN

HEX

V_RSENSE(mV)

68 m 100 m

. I_INLIM或I_OCHARGE

或

0

1

2

3

4

5

6

7

000

001

010

011

100

101

110

111

00

01

02

03

04

05

06

07

37.4

44.2

51.0

57.8

64.6

71.4

78.2

85.0

550

650

374

442

510

578

646

714

782

850

. V_BUS=V_SP.

750

如果在电流逐渐增加时，V_BUS崩溃于V_SP，则FAN5403-

05使用可保持V_BUS=V_SP的输入电流进行充电。

在V_SP控制环路限制充电电流时，SP位(REG5[4])被置位。

850

950

1050

1150

1250

表 8。 V_SP与SP位(REG5[2:0])成函数关系

SP (REG5[2:0])

DEC

0

BIN

000

001

010

011

100

101

110

111

HEX

00

01

02

03

04

05

06

07

V_SP

4.213

4.293

4.373

4.453

4.533

4.613

4.693

4.773

表 10。 V_SAFE（V_OREG

限值）与VSAFE位(REG6[3:0])成函数关系

1

2

VSAFE (REG6[3:0])

3

最大OREG

DEC

BIN

HEX

VOREG最大值

4

(REG2[7:2])

100011

100100

100101

100110

100111

101000

101001

101010

101011

101100

101101

101110

101111

110000

110001

110010

5

0

1

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

00

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0A

0B

0C

0D

0E

0F

4.20

4.22

4.24

4.26

4.28

4.30

4.32

4.34

4.36

4.38

4.40

4.42

4.44

6

7

2

3

安全设置

4

5

仅限FAN5403-FAN5405

FAN5403-05含一个SAFETY寄存器(REG6)，该寄存器防止OREG

(REG2[7:2])和IOCHARGE

6

7

(REG4[6:4])中的值超出VSAFE和ISAFE的值。

8

V_BAT超出V_SHORT后，SAFETY寄存器会加载默认值，并只能在写入其

他寄存器之前写入。

9

写入其他任何寄存器后，SAFETY寄存器被锁定，直到V_BAT降至

低于V_SHORT。

10

11

12

13

14

15

ISAFE

(REG6[6:4])和VSAFE

(REG6[3:0])寄存器的确定值限制着控制逻辑使用的I_OCHARGE和V_ORE

_G的最大值。

如果主机试图将高于VSAFE或ISAFE的值分别写入OREGIOCHARGE

，

则VSAFE、ISAFE值分别作为OREG、IOCHARGE寄存器的值出现。

热调节和保护

当IC的结温达到T_CF（约120°C），充电器将其输出电流降低到5

50mA以防止过热。如果温度升高至超过T_SHUTDOWN

;

充电暂停，FAULT位设置为101，且STAT变为高电平。

在“暂停”模式中，所有计时器都停止，且IC的逻辑状态被保

留。在芯片冷却到约120°C后，充电过程恢复到编程电流。

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其余_JA数据点使用FAN540X评估板测量，在表

11中给出（在T_A=25°C下测量）。

设置终止位(TE)后，IC可检测电池是否存在或被移除。

正常充电期间，V_BAT接近V_OREG且检测到终止充电电流后，IC会立

即终止充电并将STAT位设置为10。

请注意，随着功耗增加，有效的_JA由于芯片温度与环境之间的

较大差异而降低。

然后它会启动放电电流I_DETECT，时间达t_DETECT。

如果V_BAT仍然高于V_OREG

–

表 11。 FAN5400评估板测量_JA

V_RCH，则电池存在，IC将FAULT位设置为000。如果V_BAT低于V_OREG

– V_RCH，则电池不存在，IC可执行以下操作：

功率(W)

0.504

0.844

1.506

_JA

54°C / W

50°C / W

46°C / W

1. 将寄存器设置为默认值。

2. 将FAULT位设置为111。

3. 在时间t_INT后，使用默认值恢复充电。

充电模式输入电源保护

电池短路保护

如果电池电压低于短路阈值(V_SHORT)，

则由一个线性电流源I_SHORT供应V_BAT，直到V_BAT> V_SHORT。

睡眠模式

当V_BUS降至低于V_BAT

+

V_SLP，且V_BUS高于V_{IN(MIN)时，}IC进入睡眠模式以防止电池泄入VBUS。

在睡眠模式期间，通过主体开关Q1来禁用反向电流。

上电期间电池检测

对于FAN5400和FAN5403

输入电源低电压检测

IC在充电期间持续监控VBUS。如果V_BUS降至低于V_IN(MIN)，则IC：

在VBUS

POR时，5 k负载施加到VBAT，时间达500 ms，以便在电池不

1. 终止充电

存在时，排放任何残余系统电容。

如果V_BAT

<

V_SHORT，则开始线性充电。

当V_BAT升至高于V_SHORT时，PWM继续充电，且浮动电压(OREG)临时

设置为4 V。

2. 向STAT引脚发送脉冲，将STAT位设置为11，并将FAULT位

设置为011。

如果V_BUS恢复到高于V_IN(MIN)升高阈值（在时间t_INT后，约两秒），

则充电过程重复。

如果电池电压在PWM充电开始后32 ms内超过3.7 V，则电池不

存在。如果检测到电池不存在：

在IC连接到暂停的USB端口或者低电流能力的OTG设备时，此功

能防止USB电源总线崩溃或振荡。

1. 进入高阻抗模式。

2. 将FAULT位设置为111。

3. t_15MIN计时器禁用，直至移除VBUS。

输入过压检测

当V_BUS超出VBUS_OVP时，IC：

如果V_BAT在初始32 ms期间保持低于3.7 V，则浮动电压返回ORE

G寄存器设置，且PWM充电继续进行。

1. 关闭Q3

2. 暂停充电

3. 将FAULT位设置为001，将STAT位设置为11，然后向STAT

无电池系统运行

引脚发送脉冲。

FAN5402和FAN5405在VBUS

当V_BUS降至低于VBUS_OVP约150 mV时，故障被清除且充电在V_BUS被

重新验证后恢复（参见VBUS POR / 非兼容充电器抑制）。

POR后使用默认参数继续充电，将V_BAT线调节至3.54 V，直到主

机处理器发出命令或者15分钟计时器超时。

这样，FAN5402和FAN5405即可在无电池的情况下启动系统。

充电时的VBUS短路

如果在IC充电时（且I_INLIMIT=100 mA）VBUS因为非常低的阻抗而

短路，则IC可能无法达到数据表规格，直到电源断开。

为了触发此条件，必须以高压摆率将V_BUS从5 V驱动到GND。

要获得此压摆率，要求到USB电缆的短路为

0 ，电缆与连接器的距离小于10cm。

电池不存在时，FAN540X软启动功能会对系统电源造成干扰。

只要V_OREG、I_INLIM或I_OCHARGE从较低值设置为较高值，软启动功能就

会激活。

软启动期间，I_IN限值降至100 mA达约1 ms，除非将I_INLIM设置为

11（无限值）。这可能导致系统处理器无法启动。

为避免此现象，请使用以下操作序列。

充电模式电池检测和保护

1. 将OTG引脚设置为HIGH。

插入VBUS后，将I_INLIM设置为500 mA，直到系统处理器上电

并可通过I²C设置参数。

VBAT过压保护

移除电池后，OREG稳压环路防止V_BAT过冲OREG电压的值超过50

mV。

2. 编程安全寄存器。

当PWM充电器无电池运行时，TE位不会设置，且插入的电池被

PWM脉冲停止。

3. 将I_INLIM设置为11（无限值）。

4. 将OREG设置为所需值（一般为4.18）。

5. 复位IOLEVEL位，然后设置IOCHARGE。

6. 如果连接USB电源，将I_INLIM设置为500mA。

充电至高于V_OREG的电压；

如果30 ms内没有脉冲产生，则IC将FAULT位设置为100，将STA

T位设置为11，且向STAT引脚发送脉冲。

充电期间电池检测

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

系统初始启动期间，对充电器IC进行编程时，在步骤4和5期间

，系统电流被限制于325 mA达1ms。这是软启动I_CHARGE

充电模式控制位

设置HZ_MODE或

电流的值，此值在I_INLIM设置为“无限制”时使用。

2

（通过IC）将禁用充电器，将IC置于高阻抗模式并复位t₃

CE

。

2S

如果系统在没有电池的情况下上电，则应设置CV位。

插入电池后，CV位清零。

如果在_{高阻抗模式中，V}BAT

<

_VLOWV，则t_32S开始运行，且当它溢流时，所有寄存器（SAFETY

除外）复位，这将在具有15分钟计时器的型号上使能t_15MIN充电

充电器状态/故障状态

。

STAT引脚指示IC的工作条件，并提供中断驱动系统的故障指示

器。

CE

当t_15MIN溢流时，IC设置

CE

POR初始化。

位且IC进入高阻抗模式。

如果

2

表 12 STAT引脚功能

被t_15MIN溢流设置，则新充电周期只能通过IC或VBUS

EN_STAT

充电状态

X

STAT引脚

打开

设置RESET位将清零所有寄存器。

如果在设置RESET位时HZ_MODE或

0

X

1

正常条件

充电

打开

CE

C保持高阻抗模式。

位已置位，则这些位也将清零，但t_32S计时器不会启动，I

低

故障

（充电或升压）

128s ，脉冲

然后OPEN

X

表14 FAN5403–FAN5405 DISABLE引脚和CE 位功能

充电

DISABLE引脚

HZ_MODE

CE

FAULT位(R0[2:0])指示“充电模式”中的故障类型（参见表

13）。

ENABLE

禁用

0

X

1

0

1

X

0

X

1

X

表 13。充电模式期间的故障状态位

禁用

故障位

故障描述

禁用

B2

0

B1

0

B0

0

升高DISABLE引脚将停止t_32S前进，但不会将其复位。

正常（无故障）

VBUS OVP

睡眠模式

输入源不佳

电池OVP

如果DISABLE引脚在t_15MIN充电期间升高，则t_15MIN计时器复位。

0

1

工作模式控制

0

1

0

OPA_MODE

(REG1[1])位与FAULT状态一起定义充电器的工作模式。

(REG1[0])和HZ_MODE

0

1

0

表15 工作模式控制

1

0

1

热关断

HZ_MODE OPA_MODE 故障工作模式

1

0

计时器故障

无电池

0

1

0

X

1

X

0 充电

1

1 电荷配置

0 升压

X 高阻抗

无论是由于故障还是通过设置HZ_MODE位禁用，一旦禁用升压

，IC就会复位OPA_MODE位。

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

调节器在PWM模式（连续导通）下工作时，V_OUT

的函数，计算式为：

为I_LOAD

升压模式

如果IC处于32秒模式，且OTG引脚和OPA_MODE位如表

16中所指示，就可使能升压模式。

EQ. 1

V

 5.07R

I

OUT

OUT LOAD

如果OTG_PL=0时OTG_PL=1和0，则OTG 引脚ACTIVE状态为1。

V_BAT=3.3V且I_LOAD=200mA时，V_BUS将降至：

如果使用OTG引脚激活升压，则升压模式启动，即使HZ_MODE=1

。 HZ_MODE位覆盖OPA_MODE位。

EQ. 1A

EQ. 1B

V

 5.070.260.2  5.018V

OUT

表 16。使能升压

V_BAT=2.7V且I_LOAD=200mA时，V_BUS将降至：

OTG

HZ_

OPA_

MODE

V

 5.070.3270.2  5.005V

OTG_EN

升压

OUT

引脚

MODE

PFM 模式

1

X

0

X

1

使能

ACTIVE

如果V_BUS

>

X

VREF_BOOST（通常为5.07V），当最短关断时间结束时，调节器进

入PFM模式。升压脉冲被禁止，直到V_BUSVREF_BOOST。

X

0

1

0

X

1

0

X

1

0

禁用

ACTIVE

<

提高导通时间最小值，可令每个PFM升压脉冲都能足以启动输

出。

X

因此，调节器的作用是恒定导通时间调节器，PFM模式下其输

出电压波纹的最小值为5.07V。

ACTIVE

表 17 升压PWM运行状态

要保持升压模式，TMR_RST必须在t_32S计时器超时前由主机置位

如果t_32S在升压模式中超时，

则IC复位所有寄存器，向STAT引脚发送脉冲，将FAULT位设置

。

MODE

LIN

SS

说明

触发，当

V_BAT> V_BUS

V_BUS< V_BST

线性启动

升压软启动

为110，并复位BOOST位。

POR或读取R0可清除故障条件。

VBUS

V_BAT> UVLO_BST且

SS完成

BST

升压操作模式

升压PWM控制

IC采用最短导通时间和计算出的最短关断时间来调节VBUS。

该调节器通过使用电流模式调制实现卓越的瞬态响应。

这项技术令调节器输出有负载线路的状态。

启动

升压调节器关闭时，会阻止从V_BAT到V_BUS的电流，以及从V_BUS到V_BAT

在PWM模式下，当输入电流升高时，输出电压的跌落有限。

当V_BAT恒定时，该器件表现为恒定输出电阻。

的反向电流。

由输出电阻在加载负载时导致的“电压降”使调节器能够平滑

地对负载瞬变作出相应，不会从负载线路上形成欠冲。

请见图33和图43。

LIN状态

当EN上升时，如果if

V_BAT

>

UVLO_BST，调节器首先尝试使用VBAT（LIN状态）的内部450mA电

流源将PMID控制在V_BAT的400mV内。如果PMID在560 _{s后仍未达到VBAT}

– 400 mV，则会激活FAULT状态。

350

325

300

275

250

225

200

SS状态

当PMID

>

V_BAT

–

400 mV，升压调节器使用降低的峰值限流（约正常限流的50%

）开始转换。输出向上摆动，直到V_BUS在其设置点的5%之内，

此时，稳压环路关闭，且限流设置为100%。

如果输出在128 s之内未能达到其设定点(V_BST)的95%，则限流

升高到100%。

如果输出在此第二个384 s期间未能达到其设定点的95%，则

激活故障状态。

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

Battery Voltage, VBAT (V)

图43。输出电阻（R_OUT）

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

FAN5400

FAN5402上的VREG引脚提供了VBUS过电压浪涌电压保护，可用

-

BST状态

这是调节器的正常操作模式。

最小值的调制方法。

调节器使用t_OFF最小值-_ON

最小t_OFF与

于运行辅助电路。此电压本质上是PMID的限电流副本。

此节点上的最大电压是5.9 V。

V

IN

成比例，这将使调节器的开关频率在CCM中合理地保持

V

OUT

FAN5403-

FAN5405在此引脚上提供了1.8 V调节输出，可通过I²C禁用，

方法为设置DIS_VREG位(REG5[6])。

恒定。t_ON(MIN)

与V_BAT成比例，且如果电感器电流在先前周期中的t_OFF(MIN)

之前达到0，将变为较高值。

VREG最高可供应2 mA电流。此电路由PMID供电，仅当PMID >

V_BAT时使能，且不会从电池泄入电流。升压期间，V_REG关闭。

当HZ_MODE位(REG1[1])=1时也关闭。

为了确保VBUS不会升至远高于调节点，只要

FB > V_REF，升压开关就保持关闭状态。

监视器寄存器(Reg10h)

升压故障

其他状态监控位使主机处理器可以更清楚IC的状态。

监控位是实时状态指示器，不会内部去抖动或以其他方式认证

时间。

如果发生BOOST故障：

1. STAT引脚脉冲。

2. OPA_MODE位复位。

在高阻抗模式中列出的MONITOR寄存器位的状态仅当V_BUS有效时

3. 功率级处于高阻抗模式。

4. FAULT位(REG0[2:0])的设置如表 18的说明。

才有效。

升压故障后重启

如果在OPA_MODE位和OTG_EN=0时使能升压，则只能通过后续的

I²C命令使能升压模式，因为OPA_MODE在出现升压故障时复位

。如果OTG_EN=1且OTG引脚仍然ACTIVE （参见表 16），

升压在经过5.2ms延迟后重启，如图44所示。

如果故障条件仍存在，则重启操作会每5ms尝试一次，直到故

障清除或者I²C命令禁用了升压。

表 18。升压模式期间的故障位

故障位

故障描述

B2 B1 B0

0 0 0 正常（无故障）

0 0 1 V_BUS> VBUS_OVP

V_BUS未能在软启动期间达到前进到下一状态所需的电压

0 1 0

或者在BST状态期间出现持久(>50s)限流。

0 1 1 V_BAT< UVLO_BST

1 0 0 N/A: 此代码不会出现。

1 0 1 热关断

1 1 0 计时器故障，所以寄存器复位。

1 1 1 N/A: 此代码不会出现。

0

VBUS

560

5200

450mA

BATTERY

CURRENT

0

64

BOOST

ENABLED

图44。升压响应尝试进入V_BUS短路（时间单位 s）

VREG引脚

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

表 19。 MONITOR寄存器位定义

位# 名称

MONITOR 地址10h

國

活动条件

0

1

V_CSIN– V_BAT< V_ITERM

V_CSIN– V_BAT> V_ITERM

TE=1时充电

7

ITERM_CMP

V_CSIN– V_BAT< 1mV

V_BAT< V_SHORT

V_CSIN– V_BAT> 1mV

V_BAT< V_SHORT

TE=0时充电

充电

6

VBAT_CMP

V_BAT< V_LOWV

V_BAT> V_LOWV

高阻抗模式

升压

V_BAT< UVLO_BST

V_BAT> UVLO_BST

5

4

3

2

1

0

LINCHG

T_120

ICHG

线性充电未使能

T_J< 120°C

线性充电使能

T_J> 120°C

充电

充电电流由I_CHARGE控制环路控制

I_BUS限制充电电流

V_BUS无效

充电电流不由I_CHARGE控制环路控制

充电电流不受I_BUS限制

V_BUS有效

充电

IBUS

充电

VBUS_VALID

CV

V_BUS> V_BAT

充电

恒流充电

恒压充电

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FAN5400 Family • Rev. 1.10

I2C 接口

FAN540X的串行接口兼容标准、快速、增强快速和高速模式I²C

-Bus®规格。

Slave Releases

Master Drives

t_HD;STO

ACK(0) or

NACK(1)

SDA

SCL

FAN540X的SCL线路为输入端，其SDA线路为双向漏极开路输出

激活时，它只能下拉该总线。

；

在读取数据过程中和发送ACK信号时，SDA线只能拉低。

全部数据都移位，MSB（位7）优先。

从地址

表 20 I²C从地址字节

图47。停止位

在读取FAN540X(图50)过程中，在发送寄存器地址之后及再次

发送从地址之前，主驱动发出一个Repeated

Start信号。

部件类型

FAN5400–FAN5404

FAN5405

7

6

5

4

3

2

1

0

REPEATED

START信号指SCL为高时SCD从1到0的切换，如图图48所示。

1 1 0 1 0 1 1

1 1 0 1 0 1 0

R/W

高速(HS)模式

在十六进制记数法中，从机地址假定为0LSB。

除了HS模式的总线速度为3.4MHz以外，高速(HS)、低速(LS)和

快速(FS)模式的协议均完全相同。

FAN5405的十六进制从机地址为D4h，且系列中所有其它器件的

地址为D6h。

当总线主机按照启动情况发送HS主机代码00001XXX时，进入HS

模式。

总线时序

主机代码在快速或增强快速模式下发送（小于1MHz时钟）；

从机无法对此传输进行肯定应答。

如图图45所示，数据在SCL为低时进行传输。

数据在SCL上升沿上根据时钟输入。

然后主机产生重复启动情况(图48)，导致总线上的所有从机切

换至HS模式。

然后，主机会使用HS模式时钟速率和时序发送I²C数据包（如

上所述）。

典型地，在SCL下降沿或下降沿后，数据快速切换，提供足够

时间，确保在下一个SCL上升沿到来前建立数据。

Data change allowed

总线将保持处于HS模式的状态，直至主机发送停止位()。图47

在处于HS模式时，数据包会被重复启动情况分离()。图48

SDA

T_H

Slave Releases

t_SU;STA

t_HD;STA

T_SU

SCL

ACK(0) or

NACK(1)

SLADDR

MS Bit

SDA

SCL

图45。数据传输时序

每条总线传输均在SDA和SCL为高电平时起始和停止。

一次传输起始于一个START条件，该条件定义为SCL

高电平时SDA从1到0切换，如图图46所示。

图48。重复启动时序

T_HD;STA

Slave Address

MS Bit

SDA

SCL

图46。起始位

一次传输起始于一个STOP条件，该条件定义为SCL

高电平时SDA从0到1切换，如图图47所示。

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读和写的处理

下列图表显示了数据读取和写入的序列。

表 21 位定义图49、图50

Master Drives Bus

总线控制即封包的阴影部分，定义为

和

符号

定义

Slave Drives Bus

S

A

START（参见图46。）

。

所有地址和数据均为MSB（最高有效位）优先。

ACK. 从驱动SDA=0，以确认前面的数据包。

NACK. NACk.

A

从驱动发送1，不确认前面的数据包。

R

P

Repeated START（参见图48）

STOP（参见图47）

0

7 bits

8 bits

Data

S

Slave Address

0

A

Reg Addr

A

P

图49。写操作

0

1

7 bits

Slave Address

8 bits

7 bits

8 bits

Data

S

0

A

Reg Addr

A

R

Slave Address

1

A

P

图50。读操作

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寄存器说明

FAN5400-FAN5402有七个用户可访问寄存器， FAN5403-05有额外两个寄存器，如表22所定义。

表22。 I²C寄存器地址

寄存器

地址位

IC

名称

CONTROL0

CONTROL1

OREG

REG#

7

0

6

0

5

0

4

0

3

0

2

0

1

0

1

0

1

0

1

2

所有

03

或

IC_INFO

0

1

3Bh

IBAT

SP_CHARGER

安全

4

5

0

1

0

1

0

1

0

FAN5403-FAN5405

6

所有

MONITOR

10H

表23。寄存器位定义

此表定义所有IC型号的每个寄存器位的操作。默认值为粗体。

位

名称

数值

类型

说明

CONTROL0

寄存器地址： 00

默认值=X1XX 0XXX

W

R

写入1将复位t_32S计时器；写入0无效

返回OTG引脚电平(1=HIGH)

7

6

TMR_RST OTG

EN_STAT

1

0

1

R/W 防止STAT引脚在充电期间进入LOW电平， STAT引脚仍然发出脉冲说明有故障

在IC充电时使能STAT引脚LOW

00

01

10

11

0

R

就绪

充电进行中

充电完成

5:4

STAT

故障

R

IC不处于升压模式

IC处于升压模式

3

升压

故障

1

2:0

故障状态位：关于充电模式，请参见表 13，关于充电模式：请参见表 18

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表23。寄存器位定义（续）

位

名称

数值

类型

说明

CONTROL1

7:6

寄存器地址： 01

默认值=0011 0000 (30h)

I_INLIM

R/W 输入限流，请参见表 7

R/W 3.4 V

00

01

10

11

0

3.5 V

5:4

I_LOWV

低电量电池电压阈值

3.6 V

3.7 V

R/W 禁用充电电流终止

使能充电电流终止

R/W 充电器使能

充电器禁用

3

2

1

0

TE

1

0

CE

1

0

R/W 非高阻抗模式

高阻抗模式

HZ_MODE

OPA_MODE

1

如需相关特性，请参见表 16

默认值=0000 1010 (0Ah)

0

R/W 充电模式

升压模式

1

OREG

7:2

寄存器地址： 02

充电器输出“浮动”电压；从3.5到4.44 V可编程，增量20 mV；默认为000010

(3.54 V)，请参见表 3

OREG

R/W

0

1

0

1

R/W OTG引脚低电平有效

OTG引脚高电平有效

R/W 禁用OTG引脚

使能OTG引脚

1

0

OTG_PL

OTG_EN

IC_INFO

7:5

寄存器地址： 03或3B

默认值=100X XXXX

供应商代码

100

R

选定飞兆半导体作为IC供应商

4:3

PN

部件编号位，请参见第1页上的订购信息

2:0

REV

IC修订版，修订版1.X，其中X是这三个位的十进制

IBAT

寄存器地址： 04

默认值=1000 1001 (89h)

写入1将充电参数复位到默认值，安全性寄存器(Reg6)除外：写入0无效；

读数返回1

7

复位

1

W

6:4

3

IOCHARGE

保留

表 5

1

R/W 编程最大充电电流，请参见表 5

未使用

R/W 设置用于充电终止的电流，请参见表6

R

2:0

ITERM

表6

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表23。寄存器位定义（续）

SP_CHARGER (FAN5403 – FAN5405)

寄存器地址： 05

默认值=001X X100

7

保留

0

1

0

R

未使用

R/W 1.8 V 调节器ON

6

DIS_VREG

1.8 V 调节器OFF

R/W 输出电流由IOCHARGE位控制

5

4

IO_LEVEL

SP

通过R_SENSE的电压（用于控制输入电流）设置为

1

22.1 mV（对于R_SENSE=68 m为325 mA，对于100 m为221 mA）

特殊充电器不活动（V_BUS能够保持高于V_SP）

已检测到特殊充电器，且V_BUS正被调节到V_SP

DISABLE引脚为LOW

0

1

R

0

3

EN_LEVEL

VSP

1

DISABLE引脚为LOW

2:0

表 8

R/W 特殊充电器输入调节电压，请参见表 8

寄存器地址： 06

SAFETY (FAN5403 – FAN5405)

默认值=0100 0000 (40h)

7

保留

ISAFE

VSAFE

0

R

位禁用，且读回时始终返回0

6:4

表9

R/W 设置控制回路使用的最大I_OCHARGE值，请参见表9

R/W 设置控制回路使用的最大V_OREG值，请参见表 10

寄存器地址： 10h (16)

3:0

表 10

MONITOR

如需相关特性，请参见表 19

实时ITERM比较器输出：当VRSENSE > ITERM参比时为1.

动态系统负载可导致此位在0和1之间切换。

7

ITERM_CMP

R

6

5

4

3

2

1

0

VBAT_CMP

LINCHG

T_120

R

VBAT比较器的输出

30 mA线性充电器ON

如需相关

特性，请

参见表

19

热调节比较器；当=1且T_145=0时，通过R_SENSE的充电电流限制到22.1 mV

0指示I_CHARGE环路正在控制电池充电电流

ICHG

IBUS

0指示I_BUS（输入电流）环路正在控制电池充电电流

1指示V_BUS已通过检验，可进行充电

VBUS_VALID

CV

1指示恒压环路(OREG)正在控制充电器，且所有电流限制环路已释放

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PCB推荐布局

旁通电容应尽可能靠近IC放置。

所有电源和接地引脚必须尽可能使用顶部铜材料路由至旁通电

具体而言，CMID的总环路长度应最小化，以降低SW、PMID和VB

US引脚上的过冲和振铃。

容。连接到IC的铜面积应最大化，以改善热性能。

图。51 PCB推荐布局

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物理尺寸测试

F

BALL A1

A

E

INDEX AREA

1.20

B

Ø0.215

Cu Pad

Ø0.20

Cu Pad

0.03 C

2X

A1

1.60

D

0.40

Ø0.315 Solder

Mask Opening

Ø0.30 Solder

Mask Opening

0.40

0.03 C

2X

option 1

option 2

TOP VIEW

RECOMMENDED LAND PATTERN

(NSMD TYPE)

0.06 C

0.625

0.547

0.378±0.018

0.208±0.021

E

0.05 C

C

D

SEATING PLANE

SIDE VIEWS

NOTES:

A. NO JEDEC REGISTRATION APPLIES.

B. DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS.

0.005

C A B

1.20

Ø0.260±0.02

20X

0.40

C. DIMENSIONS AND TOLERANCE

PER ASMEY14.5M, 1994.

E

D

C

B

1.60

D. DATUM C IS DEFINED BY THE SPHERICAL

CROWNS OF THE BALLS.

(Y) ±0.018

F

0.40

A

E. PACKAGE NOMINAL HEIGHT IS 586 MICRONS

±39 MICRONS (547-625 MICRONS).

2

3

4

1

(X) ±0.018

F. FOR DIMENSIONS D, E, X, AND Y SEE

PRODUCT DATASHEET.

BOTTOM VIEW

G. DRAWING FILNAME: MKT-UC020AArev3.

图52。 20焊球WLCSP、4x5列、0.4mm引脚间距、250µm凸块

产品规格尺寸

产品

D

E

X

Y

FAN540XUCX

1.960 +0.030

1.870 +0.030

0.335

0.180

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specifications can and do vary in different applications and actual performance may vary over time. All operating parameters, including “Typicals” must be validated for each customer

application by customer’s technical experts. ON Semiconductor does not convey any license under its patent rights nor the rights of others. ON Semiconductor products are not

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1


型号：	FAN5405UCX
厂家：	ONSEMI
描述：	USB 标准单锂离子开关充电器，带 USB-OTG 升压稳压器开关稳压器
文件：	总39页 (文件大小：1552K)
中文：	中文翻译
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FAN5405UCX [ONSEMI]

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FAN54120

FAN54120MP420X

FAN54120MP425X

FAN54120MP435X

FAN54120UC420X

FAN54120UC425X

FAN54120UC435X

FAN54151UCX

FAN54161UCX

FAN5421BUCX