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TP4221A/TP4221B/TP4221C
移动电源单芯片解决方案
Ver1.4
Shenzhen TPOWER Semiconductor
1
概述
TP4221X 是一款专为移动电源设计的单芯片解决方案,内
部集成了充电管理模块、放电管理模块、保护模块、电量
检测及 LED指示模块.
TP4221X 内置充电和放电功率 MOS，充电电流可以设定，
最大充电电流为 1A，最大放电电流为 1.2A.
TP4221X 内部集成了恒温充电工作模式、过温保护、过充
与过放保护、输出过压保护、输出重载保护、输出短路保
护等几乎所有安全保护功能以保证芯片和锂离子电池的安
全,同时 TP4221X 应用电路简单,只需很少元件便可实现充
电管理与放电管理。
TP4221X 中的 X 可以为 A、B 或 C；TP4221A 为 3 档电量
指示，TP4221B 为 4 档电量指示，TP4221C 为 5 档电量
指示。
特点
内置充电、放电功率 MOS，无需外加
输入电压: 4.3V~6V
充电电流: 最大 1 A
输出电流：最大 1.2A
输出电压: 5V
BAT 放电终止电压:2.9V
可选 3/4/5 档电池电量指示
可选 4.2V/4.35V 充电截止电压
最大 8uA 待机电流
集成充电管理与放电管理
智能温度控制与过温保护
集成输出过压保护、短路保护、重载保护
集成过充与过放保护
支持涓流模式以及零电压充电
支持手电筒功能,最大输出 100mA
封装形式：SOP16L
应用
移动电源
典型应用电路
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管脚号
管脚名称
描述
1
BAT
锂离子电池正极
2
SW
升压电路功率 NMOS漏端
3
PGND1
功率地
4
PGND2
功率地
5
OUTN
升压输出负极端
6
AGND
信号地
7
LED1
PMOS 漏极输出电量指示端，外接电量指示 LED 灯到地
8
LED2/NC
PMOS 漏极输出电量指示端，外接电量指示 LED 灯到地；对于 TP4221A,此引
脚悬空
9
LED3
PMOS 漏极输出电量指示端，外接电量指示 LED 灯到地
10
LED4/NC
PMOS 漏极输出电量指示端，外接电量指示 LED 灯到地 ；对于
TP4221A/TP4221B，此引脚悬空
11
LED5
PMOS 漏极输出电量指示端，外接电量指示 LED 灯到地
12
SWT
手电筒和电量指示使能端，接按键到地，短按按键显示电量，长按按键 1.2S 手
电筒打开或关闭
13
ISET
充电电流设定端，外接一电阻到地用于设定充电电流
14
LIT
NMOS 开漏手电筒照明输出端,可以驱动 100mA 的 LED 灯用于手电筒照明
15
OUTP
升压输出正极端以及输出电压采样端
16
VDD
电源输入端
管脚
管脚描述
SOP16L
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参数
额定值
单位
PGND1、PGND2 to AGND 电压
-0.3~+0.3
V
其它引脚电压
-0.3~+7
V
充电电流
1.2
A
放电电流
1.3
A
储存环境温度
-50~+150
℃
工作结温范围
-40~150
℃
HBM
2000
V
MM
200
V
符号
参数
参数范围
单位
VDD
充电输入电压
4.5~5.5
V
IC
充电电流
＜1
A
TOP
工作环境温度
-20~85
℃
极限参数（注 1）
推荐工作范围
注 1：最大极限值是指超出该工作范围芯片可能会损坏。推荐工作范围是指在该范围内芯片工作正常，但不完全保证满足
个别性能指标。电气参数定义了器件在工作范围内并且在保证特定性能指标的测试条件下的直流和交流电气参数规范。对
于未给定的上下限参数，该规范不予保证其精度，但其典型值合理反映了器件性能。
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4
符号
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
VDD
充电输入电压
4.3 5 6
V
VBAT
预设充电电压
针对 4.2V 规格
4.15
4.2
4.25
V
针对 4.35V 规格
4.30
4.35
4.4 V △ VRECHRG
再充电阈值电压
VBAT-VRECHRG
100 mV
VISET
ISET 电压
RISET=1KΩ, V
BAT
=3.8V
0.90 1 1.1 V IBAT
BAT 恒流充电电流
RISET=1KΩ,恒流充电模式
900
1000
1100
mA
ITRK
BAT 涓流充电电流
RISET=1KΩ,涓流充电模式
100 mA
VTRK
涓流充电阈值电压
RISET=1KΩ,VBAT 上升
2.9 V
VTRK_HYS
涓流充电滞回电压
RISET=1KΩ
100 mV
TST
充电温度补偿阈值
120 ℃
TZERO
充电零电流温度
140 ℃
VUV_BAT
BAT 欠压锁定阈值电
压
VBAT 上升
3.2 V
VBAT_END
BAT 放电终止电压
2.8
2.9
3.0 V ISD_BAT
BAT 待机电流
V
BAT
=3.7V
5 8
uA
VOUT
升压输出电压
ILOAD=1A, V
BAT
=3.7V
4.8
5V
5.2 V TSD
过温保护阈值
温度上升
150 ℃
THYS
过温保护滞回
20 ℃
VLIT
LIT 低电平电压
ILIT=100mA
0.6 V
VLEDx
LED1～LED5 驱动电压
ILEDx=5mA
0.3 V
FLEDx
LEDx 充电/低电量闪烁
频率
1 Hz
RON_CHRG
充电功率 MOS导通电
阻
0.3 Ω
RON_DISCHRG
放电功率 MOS导通电
阻
ILOAD=1A,V
BAT
=3.7V
80 mΩ
FOSC
升压电路工作频率
400
500
600
KHz
电气参数
无特殊说明， VDD=5V，Ta=25℃
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ISET
CHRG
R
VI1
1000
内部框图
应用说明
恒温充电模式
TP4221X 内部集成了温度反馈环路，充电时，如果芯片
内部的温度升高到 120℃，充电电流会随着芯片的温度升
高而降低，从而减小系统功耗，降低温升，当温度升高
到 140℃时，充电电流减小为零，由于温度反馈控制， IC
工作温度最终会稳定在 120℃～140℃之间的某个值。该
功能允许用户提高给定电路板功率处理能力的上限而没
有损坏 IC 的风险。在保证充电器将在最坏情况条件下自
动减小电流的前提下，可根据典型（而不是最坏情况）
环境温度来设定充电电流。
过温保护
在充电或者放电时，如果芯片温度升高到 150℃，则芯片
停止工作以保护芯片以及锂离子电池,等到温 度降低到
120℃后再自动恢复工作。
充电电流设定
充电电流可以通过设定 ISET 引脚的电阻来设定，关系如
下式:
这里 1V 是 ISET 引脚的输出电压，最大可设定充电电流
为 1A。
充电模式
如果充电之前锂离子电池电压低于 2.9V，为了保护电池，
TP4221X 工作在涓流充电模式，此时充电电流为正常设
定电流的 1/10；当电池电压达到 2.9V 以后，TP4221X
进入恒流充电模式，以设定的电流给电池充电；当电池
电压达到 4.2V 后，TP4221X 工作在恒压充电模式，此
时输出
电压恒定，充电电流逐渐减小，当充电电流减小为正常
设定电流的 1/10时，充电过程结束，充电电流降为零，
只有电池电压重新低于 4.1V 以后，才会进入再充模式。
电池低压保护
启动时，当 BAT 电压大于 3.2V 时,升压电路开始工作，
工作过程中如果电池电压低于 3.1V，则 LED1 会以 1HZ
频率闪烁提醒电量较低，当电池电压低于 2.9V，则放电
输出关闭，TP4221X 进入低电流待机模式，待机电流小
于 8uA。
负载检测与低功耗智能待机
负载插入时 TP4221X可以自动检测到负载并开启升压电
路工作。当负载拔掉、或输出电流小于 50mA（Typical），
经过 16S 延时，升压电路关闭，IC 进入低电流待机模式，
待机电流减小到 8uA 以下。
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放电指示
放电时，LED1～LED5 根据电池电压指示当前电量，当
电池电压低于 3.1V时，LED1会以 1HZ 闪烁进行低电提
示。
手电照明输出
LIT 端可以驱动 LED 灯用于手电筒照明,最大驱动电流为
100mA ,SWT 是手电照明使能端,如果长按 S1 键 1.2S,
手电筒打开，再次长按 S1 键 1.2S 手电筒输出关闭。
元件选择
1、输出电容 C2/C5 选择质量较好的低 ESR的贴片电容,
否则会影响输出纹波，若不加 C5，C2 需相应增加。
2、输出电感 L1 的饱和电流需大于 3A，否则因电感饱和
可能会导致芯片工作不正常。
3、二极管 D1 选择低压大电流的肖特基二极管，建议使
用 SS34。
4、电阻 R11 为可选，R11 主要是减小充电时芯片所承
受的功耗降低芯片温度，这里需要根据 R11 的 实际功
耗选择封装尺寸 ；
5、SW 到 GND 的 10nF 电容 C4 不能去掉，SW 为开关
切换脚 ，切换时会有一个超过 10V 的尖峰，所以 C4 的
耐压需大于 16V，C4尽量靠近 IC。
6、电阻 R6 对封装无要求，但是 R6不能省略。
保护功能
TP4221X 集成了过充保护、过放保护、充电温度补偿、
过温保护、输出过压保护、输出重载保护、输出短路保
护等多重保护机制，另外可以在 VDD 与地之间加一个稳
压管 ZD 以避免 VDD 输入电源纹波太高。
PCB 设计参考
1、5V 输出端的 USB 外壳不能接 GND，需浮空；
2、IC 下面敷铜散热，散热面积尽量大且散热的地方留一
些通孔增强散热；
3、AGND、PGND1、PGND2 直接打到 IC 下面的散热
敷铜上；
4、PGND1和 PGND2 为大电流地，BAT 与地的电容 C3
靠近 IC 的 BAT 和各 GND 管脚，BAT+和 BAT-需先经过
BAT 电容再到 IC，各 GND 走线要尽量粗，空余的地方
全部走 GND；
5、典型应用图中红色标记的两条路径为大电流路径，走
线要短且粗，尽量不要过过孔；
6、为避免 VDD 输入电源纹波太高而将芯片损坏，可以
在 VDD 与地之间加一个稳压管；
7、SW 到 GND的电容 C4 靠近 SW 和输入电容 C3 的地。
PCB 关键走线参考
注: 红色为正面,蓝色为反面。PCB 关键走线参考只是针
对关键元件及走线的一个参考示意,还需结合实际的 PCB
要求。
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IC 型号
充电
放电
电池电压(V)
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
电池电压(V)
LED1
LED2
LED3
LED4
LED5
TP4221A
V
BAT
＜3.6
闪烁 - 灭 - 灭
V
BAT
＜2.9
灭 - 灭 - 灭
2.9≤V
BAT
＜3.1
闪烁 - 灭 - 灭
3.1≤V
BAT
＜3.65
亮 - 灭 - 灭
3.6≤V
BAT
＜3.9
亮 - 闪烁 - 灭
3.65≤V
BAT
＜3.8
亮 - 亮 - 灭
3.9≤V
BAT
＜4.2
亮 - 亮 - 闪烁
3.8≤V
BAT
亮 - 亮 - 亮
4.2≤ V
BAT
亮 - 亮 - 亮
-
- - - - -
TP4221B
V
BAT
＜3.6
闪烁 灭 灭 - 灭
V
BAT
＜2.9
灭 灭 灭 - 灭
2.9≤V
BAT
＜3.1
闪烁 灭 灭 - 灭
3.1≤V
BAT
＜3.5
亮 灭 灭 - 灭
3.6≤V
BAT
＜3.75
亮
闪烁
灭 - 灭
3.5≤V
BAT
＜3.65
亮 亮 灭 - 灭
3.75≤V
BAT
＜3.9
亮 亮 闪烁 - 灭
3.65≤V
BAT
＜3.8
亮 亮 亮 - 灭
3.9≤V
BAT
＜4.2
亮 亮 亮 - 闪烁
3.8≤V
BAT
亮 亮 亮 - 亮
4.2≤ V
BAT
亮 亮 亮 - 亮
-
- - - - -
TP4221C
V
BAT
＜3.6
闪烁 灭 灭 灭 灭
V
BAT
＜2.9
灭 灭 灭 灭 灭
2.9≤V
BAT
＜3.1
闪烁 灭 灭 灭 灭
3.1≤V
BAT
＜3.5
亮 灭 灭 灭 灭
3.6≤V
BAT
＜3.75
亮
闪烁 灭 灭
灭
3.5≤V
BAT
＜3.65
亮 亮 灭 灭 灭
3.75≤V
BAT
＜3.9
亮 亮 闪烁 灭 灭
3.65≤V
BAT
＜3.8
亮 亮 亮 灭 灭
3.9≤V
BAT
＜4.0
亮 亮 亮
闪烁
灭
3.8≤V
BAT
＜3.9
亮 亮 亮 亮 灭
4.0≤V
BAT
＜4.2
亮 亮 亮 亮 闪烁
3.9≤V
BAT
亮 亮 亮 亮 亮
4.2≤ V
BAT
亮 亮 亮 亮 亮
-
- - - - -
工作状态与电量指示
LED1～LED5 为 PMOS 漏极输出充电状态与电量指示引脚，须串联 LED 与限流电阻到 GND；不同状况时 LED 状态如
下：
①充电时 LED1～LED5 一直工作以指示充电状态，达到电量的 LED常量，当前电量的 LED 以 1Hz 频率闪烁；
②待机状态下，若按下按键 S1，显示电量 16S后关闭；
③放电时，LED1～LED5 根据电池电压指示当前电量；若电池电压低于 3.1V，LED1 会一直以 1HZ 的频率闪烁提示电量
低，直到电池电压低于 2.9V，关闭电路，进入低功耗低压保护模式，需要重新充电至 3.2V 以上才可以再次放电；
④长按 S1 键 1.2S，手电筒打开，再次长按 S1 键 1.2S 手电筒输出关闭。
LED1～LED5 状态描述如下表所示：
LED1～LED5 工作状态表
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