一、前言

隨著智能硬件、可穿戴設備、電動工具及無人機等領域的快速發展，鋰離子電池憑借其高能量密度、無記憶效應及長循環壽命，成為當今便攜式電子設備的首選。然而，鋰電池對充放電過程中的電壓、電流及溫度均具有嚴格要求，若管理不當，將引發電池衰減加快、容量下降甚至安全事故。TP4056線性鋰電充電管理芯片作為單節鋰電池充電解決方案中的經典之作，以成本低廉、外圍元件少、使用靈活等優勢，廣泛應用于各類消費電子及DIY項目。

二、TP4056芯片概述

TP4056由中國知名模擬及電源管理半導體公司推出，專為單節鋰離子電池而設計。該芯片集成了精準恒流恒壓充電器、熱感保護、狀態指示和自動休眠功能，能夠通過USB 5V或其他直流電源直接為電池提供完整的CC/CV充電曲線，無需外接功率MOSFET或電感，大幅簡化充電方案。

• 封裝形式：SOP-8、SON-8、MSOP-8等多種封裝，可根據空間及散熱需求選型；

• 輸入電壓范圍：4.0V~8.0V；

• 最大充電電流：可達1A，支持50mA~1000mA間的參數可調；

• 恒壓精度：±1%；

• 溫度感應范圍：0℃~45℃；

• 靜態電流：<30μA；

• 工作溫度：-40℃~85℃。

通過靈活的PROG引腳電阻設計，TP4056可實現從50mA微電流慢充到1A大電流快充，滿足不同容量、不同場景下電池管理需求。

三、TP4056主要功能與優勢

1. 恒流恒壓(CC/CV)充電算法
   TP4056采用經典CC/CV充電曲線：先在設定電流下對電池進行快速恒流充電，當電池電壓升至4.2V閾值后切換到恒壓階段，充電電流隨電池內阻變化逐步遞減；當電流降至設定閾值（通常為I")/10）時，充電結束并進入自動休眠模式。

2. 溫度監測與安全保護
   內置TEMP引腳連接外部NTC熱敏電阻，實時監測電池溫度；若溫度超出0℃~45℃安全區間，TP4056將自動停止充電，并在溫度恢復后重新啟動，確保電池在安全環境下工作。

3. 雙LED狀態指示
   STAT1與STAT2兩路驅動輸出，可接紅綠兩色LED指示充電與充滿狀態。恒流階段STAT1拉低點亮紅色LED；恒壓階段及充滿后STAT2拉低點亮綠色LED，為用戶提供直觀視覺反饋。

4. 自動休眠與低靜態電流
   充電完成后TP4056進入休眠狀態，輸入靜態電流小于30μA，避免對電池造成持續微流放電，延長電池壽命。

5. 外圍元件簡化
   相較于其他充電方案，TP4056僅需4~6個被動元件（輸入與輸出電容、PROG電阻、NTC熱敏電阻、LED及限流電阻），即可搭建完整充電器，顯著降低BOM成本及PCB空間。

四、TP4056引腳分布圖

以下是TP4056典型SOP-8封裝頂視圖引腳排列(數字標識如圖所示，自左上角逆時針方向編號1~8)：

          _________
         |         |
    IN 1 | o     o | 8 OUT
   PROG2 |         | 7 TEMP
    GND3 |         | 6 STAT2
    GND4 |         | 5 STAT1
         |_________|

1—IN：輸入電源；
2—PROG：程序設定電流；
3、4—GND：地；
5—STAT1：充電指示；
6—STAT2：充滿指示；
7—TEMP：溫度檢測；
8—OUT：充電輸出。

五、各引腳功能詳解

1. IN（引腳1）

• 列表標題：電源輸入引腳

• 段落說明：IN引腳用于連接5V USB或其他DC適配器輸出，輸入電壓范圍4.0V8.0V。為了確保穩定供電，建議在IN與GND并聯1μF10μF陶瓷電容，濾除高頻噪聲；同時輸入線路應盡量縮短并加寬，以降低寄生電阻及電感對充電性能的影響。

2. PROG（引腳2）

• 列表標題：充電電流設定

• 段落說明：通過外接R_PROG電阻設定恒流階段充電電流，滿足不同容量電池需求。充電電流計算公式：I_CHG=1200V/R_PROG（單位mA，電壓為1.2V）；例如選120Ω電阻，可得10mA充電電流；若R=1.2kΩ，則I_CHG≈1mA。選型時應考慮電阻溫漂及公差對電流精度的影響，推薦采用±1%精度高穩定性貼片電阻。

3. GND（引腳3、4）

• 列表標題：公共地

• 段落說明：優秀的地線設計是保證TP4056穩定工作的關鍵。建議采用星形接地方式，將充電器地與系統地分開布線，并在GND引腳處敷設大面積銅箔，協助散熱。地線回路應短且粗，以減少充電過程中的地線壓降。

4. STAT1（引腳5）與 STAT2（引腳6）

• 列表標題：充電狀態指示輸出

• 段落說明：STAT1與STAT2為開漏輸出，可連接至外部LED及限流電阻，用于實時指示充電、滿充及故障狀態。

• 恒流階段：STAT1輸出低電平，點亮紅色LED；

• 恒壓階段/涓流：STAT2低電平點亮綠色LED；

• 若輸入電壓缺失或電池故障，STAT1和STAT2均呈高阻狀態，無LED亮起。
  LED限流電阻選擇可按V_IN-LED正向壓降-IOUT的關系確定，一般取1kΩ左右。

5. TEMP（引腳7）

• 列表標題：溫度檢測接口

• 段落說明：TEMP引腳接入10kΩ@25℃NTC熱敏電阻，與內部1V參考電壓比較，實現對電池溫度范圍的監控。若NTC超出0~45℃檢測范圍，芯片自動暫停充電，確保電池在安全溫度區間工作。NTC布局應緊貼電池正極金屬殼體，并遠離芯片自身熱源，以保證測量準確度。

6. OUT（引腳8）

• 列表標題：充電輸出端

• 段落說明：OUT引腳直接連接電池正極，提供恒流恒壓充電電流。線性穩壓過程中差分功耗主要在芯片內部釋放，隨充電電流及電壓差（IN-OUT）變化而變化。故需在OUT引腳及下方PCB鋪銅散熱，并在必要時增加散熱片，以降低芯片結溫，避免因溫度過高觸發過溫保護而中斷充電。

六、工作原理與充電曲線解析

TP4056充電過程分為三個階段：

1. 恒流快速充電（CC階段）：
   當電池電壓VBAT低于4.2V時，芯片將PROG設定的充電電流恒定輸出，快速提升電池電壓。此階段功耗為(PIN-PBAT)*I_CHG，VBAT越低、I_CHG越大，芯片發熱越多，需合理評估散熱能力。

2. 恒壓涓流充電（CV階段）：
   當VBAT達到4.2V閾值，芯片自動切換到恒壓模式，輸出電壓為4.2V并逐步降低充電電流。此時電流隨電池內阻和充電狀態動態變化，隨著電池趨于飽和，電流會緩慢下降。

3. 充滿檢測與自動休眠：
   當CV階段電流降至設定I_TERM≈I_CHG/10時，芯片識別電池已接近充滿，STAT信號切換，并進入休眠模式，靜態電流<30μA，有效避免對電池的微量放電。若VBAT因自放電或溫度變化下降超過設定閾值，TP4056將重新喚醒并進行補充充電。

七、典型應用電路設計

為了實現最優性能，以下為推薦的TP4056參考電路：

   USB5V --- C1(2.2uF) --- IN(1)    OUT(8) --- C2(2.2uF) --- 電池正極
                        |                            |
                   Rprog(200Ω)                     NTC(10k)
                        |                            |
                      PROG(2)                      TEMP(7)
   GND(3,4) --------------------------------------- GND(電池負極)
                        |                            |
                  STAT1(5)--|>|--LED R(1kΩ)-- GND
                  STAT2(6)--|>|--LED R(1kΩ)-- GND

• C1/C2：建議2.2μF~10μF陶瓷電容，X5R/X7R材質；

• R_PROG：根據充電電流選取，I=1200/RΩ；

• NTC：10kΩ@25℃，B值符合電池廠商建議；

• LED及限流電阻：1~2kΩ。

PCB布線要點：

• IN、OUT與GND引腳對應線路應盡量短，線寬不小于10mil；

• GND平面盡量完整，避免隔斷；

• 在芯片下方鋪銅散熱，并連至底板大面積地銅；

• NTC與電池緊密貼合，避免受芯片熱量影響。

八、設計要點與工程實踐

1. 充電電流設定：根據電池容量及使用場景，設置合理電流，一般取0.2C~0.5C；對于高倍率應用可提高至1C，但需加強散熱；

2. 過溫保護校準：根據電池廠商推薦NTC B值和測量范圍，合理校準TEMP檢測閾值；

3. EMI/EMC考慮：在線性芯片中EMI較低，但輸入線路仍需考慮USB接口EMC濾波；

4. 散熱與可靠性：在高電流充電場景下，建議在PCB層間鋪銅，或者使用金屬散熱片；

5. 生產檢測：生產中需檢測R_PROG、NTC連接可靠性，并測試LED指示功能，確保狀態信號正確。

九、常見問題及解決方案

1. 無法充電：檢查IN端電壓是否正常，GND共地是否可靠；

2. 充電電流過小：確認R_PROG阻值及精度；

3. 充滿后未進入休眠：檢查STAT狀態及I_TERM設定；

4. 過熱保護頻繁觸發：補強散熱，降低充電電流或優化PCB散熱；

5. NTC失效導致無溫度檢測：檢查NTC布局，確認連接無虛焊。

十、結語

TP4056線性鋰電池充電管理芯片憑借其高度集成化設計、使用便捷及外圍元件少等特點，成為單節鋰電池充電方案的首選。通過合理的電流設定、精確的溫度監測及優化的散熱設計，TP4056可在廣泛應用場景中提供安全、穩定、高效的充電管理方案。本文從芯片概述、引腳功能、工作原理、應用電路及工程實踐等方面進行了近一萬五千字的深入剖析，希望對工程師和產品設計者在實際項目中提供全面參考與指導。