MAX77785/MAX77786：高性能單電芯鋰電池充電器的深度解析

一、引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，對高效、可靠的電池充電解決方案的需求日益增長。特別是在便攜式設(shè)備如游戲設(shè)備、VR 應(yīng)用、平板電腦等中，單電芯鋰電池的充電管理至關(guān)重要。Analog Devices 推出的 MAX77785/MAX77786 芯片，為我們提供了一款高性能的單電芯鋰電池充電器解決方案。接下來，我們將對這款芯片進(jìn)行詳細(xì)的分析。

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二、芯片概述

（一）基本特性

MAX77785/MAX77786 是一款帶有 Smart Power Selector? 的高性能高輸入 3.5/5.5A 快速充電器。它能夠在不額外增加電感的情況下作為反向升壓轉(zhuǎn)換器工作，允許電池通過充電端口共享其電量，并且提供從 4.505V 到 10.805V 的可編程輸出電壓。

該芯片集成了低損耗功率開關(guān)，即使在高輸入電壓和高充電電流的情況下，也能提供小尺寸解決方案和高效率。其高開關(guān)頻率允許使用更小尺寸的電感，在反向升壓模式下具有真正的負(fù)載斷開功能，并具有可調(diào)的輸出電流保護(hù)限制。通過 I2C 配置，該器件具有高度的靈活性和可編程性，支持 Li - ion、Li - polymer 和 (LiFePO_{4}) 等多種電池化學(xué)體系。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

它適用于多種設(shè)備，包括游戲設(shè)備、VR 應(yīng)用、移動銷售點(diǎn) (mPOS) 設(shè)備以及平板電腦等。這些應(yīng)用場景通常對電池充電速度和效率有較高的要求，MAX77785/MAX77786 正好滿足了這些需求。

三、芯片關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）充電性能

1. 高充電電流：MAX77786 最高支持 5.5A 充電，MAX77785 最高支持 3.5A 充電，能夠滿足快速充電的需求。
2. 高效率：在 4A 充電電流、15V 輸入的情況下，降壓效率可達(dá) 90%，有效減少了能量損耗，提高了充電效率。
3. 輸入電流限制：通過 AICL（自適應(yīng)輸入電流限制）功能，MAX77786 最高輸入電流限制可達(dá) 5.5A，MAX77785 最高可達(dá) 3.5A，可根據(jù)不同的電源適配器進(jìn)行靈活調(diào)整。

（二）電壓特性

1. 寬輸入電壓范圍：輸入工作電壓范圍為 4.7V 到 18.2V，絕對最大輸入電壓額定值為 +26V，能夠適應(yīng)多種不同的電源輸入。
2. 可編程輸出電壓：反向升壓模式下，可編程輸出電壓選項(xiàng)最高可達(dá) 10.805V，MAX77786 最高可達(dá) 16.2W，MAX7785 最高可達(dá) 10.8W，滿足不同的應(yīng)用需求。

（三）安全特性

1. 電池溫度監(jiān)測與充電安全定時(shí)器：能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電池溫度，避免電池在異常溫度下充電，確保充電安全。充電安全定時(shí)器可選擇 3 小時(shí)到 10 小時(shí)，還可設(shè)置禁用。
2. 熱調(diào)節(jié)與熱關(guān)斷：當(dāng)芯片溫度過高時(shí)，熱調(diào)節(jié)功能會降低充電電流，以保護(hù)芯片；當(dāng)溫度超過一定閾值時(shí)，熱關(guān)斷功能會自動關(guān)閉充電器。
3. 系統(tǒng)電壓過壓/欠壓鎖定：防止系統(tǒng)電壓過高或過低，保護(hù)設(shè)備免受損壞。

四、芯片詳細(xì)功能分析

（一）開關(guān)模式充電器

1. 完整的充電模式：支持預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電三種模式，預(yù)充電電流為 55mA，涓流充電電流為 300mA，恒流充電電流可在 50mA 到 5.5A（MAX77786）或 50mA 到 3.5A（MAX77785）之間以 50mA 為步長進(jìn)行調(diào)整。
2. 智能功率選擇器：能夠在充電適配器、系統(tǒng)和電池之間優(yōu)化分配功率。當(dāng)由充電適配器供電時(shí)，電池可以為系統(tǒng)提供補(bǔ)充電流；當(dāng)電池深度放電或缺失時(shí)，充電適配器也能支持系統(tǒng)啟動。
3. 輸入電流限制：CHGIN 輸入電流限制可獨(dú)立編程，默認(rèn)設(shè)置為 500mA，支持 AC - DC 壁式適配器，具備反向泄漏保護(hù)功能，防止電池向輸入端漏電。

（二）智能功率選擇器（SPS）

1. 功能架構(gòu)：SPS 架構(gòu)是一個(gè)由內(nèi)部開關(guān)和控制回路組成的網(wǎng)絡(luò)，用于在外部電源 CHGIN、BYP、SYS 和 BATT 之間分配能量。它主要包括 CHGIN 輸入開關(guān)、DC - DC 開關(guān)（(Q{HS}) 和 (Q{LS}) ）以及電池到系統(tǒng)開關(guān)（(Q_{BATT}) ）。
2. 能量分配優(yōu)先級：當(dāng)有有效的外部電源時(shí)，外部電源是主要能源，電池是次要能源，能量優(yōu)先供應(yīng)給 BYP，其次是 SYS，剩余能量用于給電池充電；當(dāng) CHGIN 沒有電源時(shí)，電池是主要能源，BYP（如果選擇升壓模式）和 SYS 共享相同的優(yōu)先級，并且能量供應(yīng)受 (B_{2}SOVRC) 閾值限制。

（三）充電狀態(tài)

芯片具有多種充電狀態(tài)，包括無輸入電源或充電空閑狀態(tài)、預(yù)充電狀態(tài)、涓流充電狀態(tài)、快速充電恒流狀態(tài)、快速充電恒壓狀態(tài)、頂充狀態(tài)和完成狀態(tài)。每個(gè)狀態(tài)都有相應(yīng)的條件和轉(zhuǎn)換規(guī)則，確保電池能夠安全、快速地充電。

（四）熱管理

1. 熱折返：當(dāng)芯片結(jié)溫超過 REGTEMP（(T_{REG}) ）設(shè)定的值時(shí)，熱限流電路會降低電池充電器的目標(biāo)電流，以調(diào)節(jié)芯片結(jié)溫，確保充電過程中的安全性和穩(wěn)定性。
2. 熱敏電阻輸入（THM）：可用于實(shí)現(xiàn)充電暫停、符合 JEITA 標(biāo)準(zhǔn)的充電以及電池移除檢測等功能。通過連接外部負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，可以監(jiān)測電池或系統(tǒng)溫度。

五、應(yīng)用電路與布局指南

（一）典型應(yīng)用電路

文檔中給出了 MAX77785/MAX7786 的典型應(yīng)用電路，包括各個(gè)引腳的連接方式和所需的外部元件。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（二）布局指南

為了確保芯片的性能和穩(wěn)定性，在 PCB 布局時(shí)需要遵循一定的指南：

1. 將 CHGIN、BYP、SYS 和 BATT 旁路電容盡可能靠近芯片引腳放置，并連接到 PCB 頂層的電源接地平面。確保 BYP 電容接地和 SYS 電容接地之間的連接盡可能直接、短且寬。
2. 將 PVDD 和 VDD 旁路電容盡可能靠近芯片放置，以減小旁路電容和芯片之間的環(huán)路面積。
3. 對于高電流連接，如 CHGIN、BYP、LX、SYS 和 BATT，使用寬而短的走線。
4. 對 BATSP 和 BATSN 采用開爾文檢測，盡可能靠近電池端子連接，以確保正確檢測電池電壓。
5. 不要將 AGND 直接與頂層的 PGND 連接，在 AGND 和 PGND 之間分配接地隔離。

六、總結(jié)

MAX77785/MAX77786 芯片為單電芯鋰電池充電提供了一個(gè)高性能、高集成度且安全可靠的解決方案。它具有豐富的功能和靈活的配置選項(xiàng)，適用于多種不同的應(yīng)用場景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的需求和條件，合理選擇芯片型號，并嚴(yán)格遵循布局指南，以確保芯片能夠發(fā)揮出最佳性能。你在使用這款芯片的過程中，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享。