凌扬微 LY6298 0.2-0.9A充电/1A放电 TWS充电仓电源管理芯片 QFN16 技术解析

在TWS 蓝牙耳机充电仓等便携式锂电池应用中需要一款集成充电、升压放电、电量指示、霍尔开关控制、NTC 保护等功能的高集成电源管理芯片。LY6298是一款专为蓝牙充电仓设计的全集成电源管理芯片内部集成了锂电池充电管理最大 0.9A、同步升压转换器1A 输出效率 93%、电池电量管理支持 1/2/3/4 灯指示、霍尔直接驱动控制、NTC 温度保护、轻载自动关机/常输出模式选择等采用QFN16(3mm×3mm) 封装待机电流低至 4μA。本解析将基于完整数据手册系统阐述 LY6298 的核心特性、参数设置及工程化设计要点。一、芯片核心定位LY6298是一款面向TWS 充电仓及便携式锂电池应用的高集成电源管理芯片其核心价值在于集成充电与升压线性充电最大 0.9A可调同步升压输出 5.1V/1A效率高达 93%支持霍尔直接驱动EN 脚可直接接霍尔开关实现开盖耳机自动回连、合盖自动充电无需外加 MOS 管多种待机模式可设为自动关机模式轻载 7mA 延时 8S 关机待机 4μA或 5.1V 常输出模式待机 45μA可调充电电流通过 ISETA/ISETB 引脚组合或外接电阻设置 0.2A/0.3A/0.4A/0.9A 或连续可调智能电量指示支持 1/2/3/4 灯模式通过 FUN 引脚选择充电跑马灯放电逐级灭灯完整保护功能过压、过流、短路、欠压、过温智能温度控制、NTC 电池温度保护封装小巧QFN16 3×3mm适合紧凑的充电仓 PCB。二、关键电气参数详解充电部分VIN 工作电压4.6V 至 5.5V极限 7V过压保护 5.9V。浮充电压 VFULL4.2V可定制 4.3V/4.35V。恒流充电电流 ICC可通过 ISETA/ISETB 选择 0.2A/0.3A/0.4A/0.9A或外接电阻连续调节公式见后。涓流充电阈值 VTRK2.9V低于此值以 0.12×ICC 预充。再充电阈值电池电压低于 4.0V即浮充电压 -200mV时重新启动充电。充电温度限制结温 110℃ 时开始降电流140℃ 时降为 0。VIN 到 OUT 路径内阻350mΩ边充边放时给耳机供电。放电部分升压升压输出电压 VOUT5.1V负载 0.2A 时。最大输出电流1A。升压开关频率1MHz。效率最高 93%。待机输出电压可设为电池电压通过上拉电阻、固定 2V 或 5.1V 常输出。轻载关机电流7mA持续 8 秒后自动关机。电池开启电压 VBAT_ON3.2V上升沿。电池低电提示电压 VBAT_LOW3.1V。电池关机电压 VBAT_OFF2.8V下降沿。待机电流自动关机模式 4μA5.1V 常输出模式 45μA。控制与保护EN 脚高电平1.6V关闭输出低电平0.3V开启输出内部下拉 5μA。NTC 保护充电时 0℃~45℃ 正常放电时 -10℃~60℃ 正常可通过外接电阻调节阈值。输出短路保护电压3.0V触发锁定。输出重载保护电压4.1V触发锁定。过温保护110℃ 开始降电流140℃ 关断迟滞恢复。三、芯片架构与工作原理内部逻辑LY6298 内部包含线性充电器、同步升压变换器、电池电量检测与 LED 驱动、EN 逻辑控制、NTC 比较器、轻载检测、保护逻辑等。主要引脚VIN输入、BAT电池、OUTA/OUTB两路放电输出可并联、LX开关节点、KEY按键、EN霍尔/MCU 控制、ISETA/ISETB充电电流设定、NTC温度检测、LED1~LED4指示灯、FUN灯模式选择。充电管理充电过程涓流2.9V→ 恒流2.9V~4.2V→ 恒压4.2V电流渐降→ 截止电流降至 0.08×ICC 或 0.15×ICC 视型号。充满后监测电池电压低于 4.0V 则再充电。恒流充电电流设置ISETA 悬空、ISETB 悬空 → ICC 0.2AISETA 悬空、ISETB 接地 → ICC 0.3AISETA 接地、ISETB 悬空 → ICC 0.4AISETA 接地、ISETB 接地 → ICC 0.9AISETA 悬空ISETB 接电阻 R3单位 kΩICC 0.2 × (R3 1400) / (R3 1000) A范围 0.2A~0.3AISETA 接地ISETB 接电阻 R3ICC 0.4 × (R3 1400) / (R3 600) A范围 0.4A~0.9A升压与待机模式芯片有三种 OUT 待机电压模式自动关机模式待机电压为电池电压在 OUT 与 BAT 之间加上拉电阻 R4建议 200kΩ。此时不接负载时 OUT 电压等于电池电压约 3.7V。当耳机放入耳机内部下拉电阻或电流使 OUT 拉低芯片检测到负载电流 7mA 则启动升压至 5.1V。当负载电流 7mA 持续 8 秒后自动关机待机电流 4μA。此模式最省电推荐使用。固定 2V 待机模式不加 R4而是在 OUT 与 GND 之间预留下拉电阻 R5默认 750kΩ。待机时 OUT 电压为 2V。轻载后同样自动关机待机 4μA。5.1V 常输出模式在 KEY 脚与 BAT 之间接 20kΩ 上拉电阻或 KEY 直接接 BAT则升压始终工作输出 5.1V轻载时仅关闭 LED待机电流 45μA。此模式下 KEY 仍可按键开关机长按强制关机。EN 脚控制霍尔或 MCUEN 脚可直接接霍尔开关输出开盖输出高电平合盖输出低电平。当 EN 高1.6V时强制关闭 OUTA/OUTB 输出无论 VIN 是否接入但充电不受影响当 EN 低0.3V时恢复正常输出。利用此特性可实现开盖EN 高→ 输出关闭耳机回连合盖EN 低→ 输出开启耳机充电。同时开盖瞬间会触发指示灯亮 8 秒通过 EN 下降沿触发实现开盖亮灯效果。若使用 MCU 控制可直接输出高低电平。电量指示LED 模式FUN 引脚悬空或接地可选择不同灯模式和指示逻辑手册提供了 4 灯、3 灯、2 灯、1 灯等多种配置。典型 4 灯模式下充电VIN 上电后 L1~L4 依次跑马亮一次然后根据电量显示 3.6V 时 L1 闪烁3.6-3.8V L1 亮 L2 闪烁3.8-4.0V L1/L2 亮 L3 闪烁4.0-4.2V L1~L3 亮 L4 闪烁充满全亮。放电根据电池电压显示对应颗数常亮低于 3.1V 时最后一颗 2Hz 闪烁低于 2.8V 全灭。具体模式需参考手册图 5~9因种类较多设计时应按实际需求选择 FUN 连接方式。NTC 温度保护使用标准 10kΩ B3950 的 NTC 电阻接在 NTC 脚与地之间。芯片内部检测 NTC 电阻值充电正常范围对应电阻 4.4kΩ ~ 33kΩ即 0℃~45℃超出则停止充电。放电正常范围对应电阻 2.5kΩ ~ 55kΩ即 -10℃~60℃超出则停止放电。可通过外部电阻 RT1并联和 RT2串联调节保护阈值公式见手册。若不使用 NTC则 NTC 引脚必须悬空。保护功能输出短路/重载保护输出电压低于 3.0V 或高于 4.1V 时关闭输出并锁定需重新接入负载或插拔 USB 恢复。电池欠压保护放电时 BAT2.8V 关闭输出需充电至 3.2V 才能重新放电。VIN 欠压VIN4.1V 关闭充电通路防止倒灌。智能温度控制升压或充电时结温 110℃ 开始降电流140℃ 关闭。四、应用设计要点充电电流设置根据电池容量选择充电电流一般为 0.5C。例如 400mAh 电池选 0.2A600mAh 选 0.3A800mAh 选 0.4A1800mAh 选 0.9A。使用固定组合最简单如需精确值按公式计算外接电阻。待机模式选择优先推荐自动关机模式OUT 上拉电阻至 BATR4200kΩ。此时需确保耳机入仓时能主动拉低 OUT耳机内部下拉电流 50μA 或下拉电阻 100kΩ以激活升压。若耳机不支持下拉可使用固定 2V 模式预留下拉电阻 R5默认 750kΩ但可能因耳机待机电流差异导致重复启动需调整 R5。5.1V 常输出模式功耗较高仅适用于无需超低待机的场景。EN 脚与霍尔连接霍尔元件输出开盖输出高电平通常为电池电压合盖输出低电平0V。直接连接 EN 脚即可。注意霍尔输出需能驱动 EN 脚的下拉电流5μA一般无问题。若使用 MCUMCU 的 GPIO 开漏或推挽均可。NTC 使用若需要电池温度保护按照典型电路接 10kΩ B3950 NTC 电阻注意 NTC 要紧贴电池。若不需要NTC 脚悬空不能接地。使用 NTC 功能时必须先焊接 NTC 脚电阻后接电池否则可能误触发。外围元件电感升压电感建议 2.2μH~4.7μH饱和电流 1.5A。输入电容VIN 对地 10μF 陶瓷电容靠近芯片。输出电容OUT 对地 22μF 陶瓷电容靠近芯片。BAT 电容10μF 陶瓷电容靠近 BAT 脚。KEY 按键接 KEY 与 GND 之间内部上拉。长按 2S 强制关机。R4OUT 上拉自动关机模式用 200kΩ。R5OUT 下拉固定 2V 模式预置 750kΩ根据实际调整。PCB 布局建议芯片底部裸露焊盘必须良好接地并作为散热。BAT 电容紧靠 BAT 脚走线先经电容再到芯片。电感靠近 LX 脚电感下方避免走线和放置元件。OUT 电容靠近 OUT 脚走线短粗。预留 R5 位置固定 2V 模式时使用。霍尔信号线远离功率电感。五、典型应用场景TWS 蓝牙耳机充电仓单芯片实现充电仓所有功能为内置电池充电、升压给耳机充电、霍尔控制开盖回连/合盖充电、电量指示灯、NTC 保护等。便携式锂电池设备需 5V 输出如电子烟、便携音箱、手持风扇等需要 5V 升压和充电管理。备用电源盒小容量移动电源带自动负载识别和关机。六、调试与故障处理升压不启动或耳机不充电检查电池电压是否 3.2V开启电压若低于 2.8V 需先充电。检查 EN 脚电平合盖时应为低电平0.3V若为高则输出关闭。测量霍尔输出是否正确。检查待机模式自动关机模式下OUT 与 BAT 之间是否接了上拉电阻 R4200kΩ且耳机放入能拉低 OUT测量 OUT 电压是否从电池电压降到 0V 左右。若耳机不能拉低可改用固定 2V 模式并调整 R5。指示灯异常检查 FUN 引脚连接方式悬空或接地不同模式指示逻辑不同。充电时指示灯不跑马或常亮检查 VIN 电压和电池连接。开盖不亮灯或亮灯时间不对开盖亮灯 8 秒由 EN 下降沿触发合盖瞬间。检查霍尔输出是否在开盖时从低变高合盖时从高变低。若霍尔逻辑相反需加反相器或换霍尔。充电电流不对检查 ISETA/ISETB 引脚配置是否正确。若外接电阻检查电阻值及焊接。输出过流或短路后不恢复需移除过流条件然后重新插入 USB 充电器或重新接入负载拔插耳机。NTC 保护误触发若未使用 NTCNTC 脚必须悬空不能接地。若使用检查 NTC 电阻是否 10kΩ B3950且焊接正确。可通过测量 NTC 脚电压判断室温下约 0.5V~1.2V。升压效率低检查电感值是否合适2.2μH~4.7μH电感 DCR 要小。输出电容容量足够。七、设计验证要点充电电流验证在电池电压 3.7V 时测量充电电流应与设定值偏差 ±10%。充满电压验证充电结束测量 BAT 电压应为 4.2V±1%。再充电验证充满后保持 VIN给电池放电至 3.9V 以下应自动重启充电。升压输出电压验证空载时 OUT 电压应根据模式为电池电压、2V 或 5.1V带载 0.5A 时应稳定在 5.1V。轻载关机验证输出带 10mA 负载8 秒后应自动关机OUT 电压降至待机值待机电流 10μA。EN 控制验证EN 接高电平3.3VOUT 应关闭0VEN 接低电平OUT 恢复。开盖亮灯验证合盖状态下EN 低将 EN 拉高再拉低LED 应亮 8 秒后熄灭。NTC 保护验证用热风枪加热 NTC达到 45℃ 时应停止充电冷却后恢复。过放保护验证放电时降低电池电压至 2.8V 以下升压关闭充电至 3.2V 以上重新放电。八、总结LY6298是一款专为TWS 充电仓设计的高集成电源管理芯片以可调充电电流0.2-0.9A、1A 同步升压、霍尔直接驱动、多种待机模式、灵活的 LED 电量指示和 NTC 保护为核心优势。与通用充电升压分立方案相比它大幅减少了外围器件无需霍尔控制 MOS、无需专用电量 IC、无需运放检测电流同时实现了4μA 超低待机功耗和开盖回连等高级功能。QFN16小封装适合小型化设计。成功应用 LY6298 的关键在于正确选择待机模式优先自动关机模式并确保耳机能拉低 OUT、设置合适的充电电流、配置 FUN 引脚以获得所需灯显逻辑、以及根据是否需要温度保护处理 NTC 引脚。对于追求高集成、低功耗、智能控制的TWS 充电仓及便携式锂电池设备LY6298 是一个经过市场验证的成熟方案。文档出处本文基于 LYMICRO LY6298 芯片数据手册 Rev2.7 版本整理编写。具体设计、参数计算及元件选型请务必以官方最新数据手册为准并特别关注充电电流设置公式、待机模式选择、EN 脚控制逻辑、NTC 使用条件以及 LED 模式配置。