深度剖析MAX8900A/MAX8900B/MAX8900C：高性能1.2A開關(guān)模式Li+充電器

在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，電池充電技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。特別是對(duì)于單節(jié)鋰離子（Li+）或鋰聚合物（Li - Poly）電池的充電需求，高效、安全且可靠的充電器成為了關(guān)鍵。Maxim Integrated推出的MAX8900A/MAX8900B/MAX8900C系列1.2A開關(guān)模式Li+充電器，以其出色的性能和豐富的功能，為電子工程師們提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。

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產(chǎn)品概述

MAX8900系列是高頻開關(guān)模式充電器，專為單節(jié)Li+或Li - Poly電池設(shè)計(jì)。它能夠從3.4V至6.3V（MAX8900A/MAX8900C）或3.4V至8.7V（MAX8900B）的輸入電壓為電池提供高達(dá)1.2A的充電電流。其3.25MHz的開關(guān)頻率，使得充電器在小型便攜式設(shè)備如耳機(jī)和超便攜式媒體播放器中表現(xiàn)出色，有效減小了組件尺寸和發(fā)熱問(wèn)題。

該系列充電器具備多項(xiàng)特性，使其適用于高可靠性系統(tǒng)。它能夠承受高達(dá)+22V和低至 - 22V的輸入電壓，為電池提供了全面的保護(hù)。同時(shí)，電池保護(hù)功能涵蓋了低電壓預(yù)充電、充電故障定時(shí)器、芯片溫度監(jiān)測(cè)和電池溫度監(jiān)測(cè)等，其中電池溫度監(jiān)測(cè)功能可根據(jù)JEITA規(guī)范調(diào)整充電電流和終止電壓，確保二次鋰離子電池的安全使用。

關(guān)鍵特性分析

開關(guān)頻率與效率

3.25MHz的開關(guān)頻率是MAX8900系列的一大亮點(diǎn)。高頻開關(guān)有助于減小外部組件的尺寸，特別是電感的體積。在實(shí)際應(yīng)用中，使用2.0mm x 1.6mm的電感即可滿足需求，這對(duì)于追求小型化的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。同時(shí)，高頻開關(guān)還能提高充電器的效率，降低發(fā)熱，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

JEITA電池溫度監(jiān)測(cè)

JEITA電池溫度監(jiān)測(cè)功能是保障電池安全的重要手段。通過(guò)監(jiān)測(cè)電池溫度，充電器能夠根據(jù)不同的溫度范圍調(diào)整充電電流和終止電壓。當(dāng)電池溫度處于T1和T2之間時(shí)，快速充電電流會(huì)降低至編程值的50%；而當(dāng)溫度在T3和T4之間時(shí)，電池調(diào)節(jié)電壓會(huì)相應(yīng)降低。這種智能調(diào)節(jié)機(jī)制能夠有效避免電池在過(guò)熱或過(guò)冷的情況下充電，減少電池老化和安全風(fēng)險(xiǎn)。

可調(diào)充電參數(shù)

MAX8900系列的充電參數(shù)具有良好的可調(diào)性。通過(guò)外部電阻可以輕松調(diào)整充電電流、預(yù)充電電流和完成閾值。例如，通過(guò)連接在SETI引腳和地之間的電阻RSETI，可以設(shè)置快速充電電流，范圍從50mA到1200mA；連接在DNI引腳和地之間的電阻RDNI，則可以設(shè)置預(yù)充電電流和完成閾值，范圍從10mA到200mA，且在10mA水平下具有±1mA的高精度。這種可調(diào)性使得充電器能夠適應(yīng)不同類型和容量的電池，提高了充電器的通用性。

輸入電壓保護(hù)

該系列充電器具備出色的輸入電壓保護(hù)能力，能夠承受±22V的輸入電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，這一特性可以有效防止因輸入電壓異常而對(duì)充電器和電池造成損壞。無(wú)論是由于電感沖擊、充電源故障還是電源浪涌等原因?qū)е碌碾妷翰▌?dòng)，MAX8900系列都能提供可靠的保護(hù)。

充電器工作狀態(tài)詳解

充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換

MAX8900系列充電器采用了多種充電狀態(tài)，以確保電池能夠安全、快速地充電。其充電過(guò)程通常包括死電池狀態(tài)、預(yù)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)等。在不同的狀態(tài)下，充電器會(huì)根據(jù)電池的電壓和電流情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

例如，當(dāng)插入深度放電的電池時(shí)，充電器會(huì)進(jìn)入死電池狀態(tài)，以較小的電流對(duì)電池進(jìn)行線性充電，防止電池短路時(shí)充電器消耗過(guò)多的功率。當(dāng)電池電壓上升到一定程度后，充電器會(huì)依次進(jìn)入預(yù)充電狀態(tài)和快速充電狀態(tài)，快速為電池補(bǔ)充電量。在快速充電恒流狀態(tài)下，充電器以設(shè)定的快速充電電流為電池充電；當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定的調(diào)節(jié)電壓時(shí)，充電器會(huì)進(jìn)入快速充電恒壓狀態(tài)，保持電池電壓穩(wěn)定，并逐漸減小充電電流。當(dāng)充電電流降低到完成閾值以下時(shí)，充電器會(huì)進(jìn)入頂充狀態(tài)，為電池進(jìn)行最后的補(bǔ)充充電。最后，當(dāng)頂充時(shí)間結(jié)束后，充電器進(jìn)入完成狀態(tài)，停止充電。

故障狀態(tài)處理

除了正常的充電狀態(tài)外，MAX8900系列還具備多種故障狀態(tài)處理機(jī)制。例如，當(dāng)預(yù)充電或快速充電定時(shí)器超時(shí)，或者SETI/DNI引腳短路到地時(shí)，充電器會(huì)進(jìn)入定時(shí)器故障狀態(tài)，此時(shí)充電器會(huì)停止工作。通過(guò)循環(huán)CEN引腳或輸入電源，可以使充電器退出定時(shí)器故障狀態(tài)。此外，當(dāng)電池溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，充電器會(huì)進(jìn)入電池?zé)?冷狀態(tài)，停止充電并暫停定時(shí)器，直到電池溫度恢復(fù)到正常范圍。

組件選擇與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電感選擇

電感的選擇對(duì)于充電器的性能至關(guān)重要。在選擇電感時(shí)，需要考慮電感的電感值、電流額定值、串聯(lián)電阻、物理尺寸和成本等因素。這些因素會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的效率、最大輸出電流、瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間和輸出電壓紋波。

根據(jù)輸入電壓的不同，推薦選擇不同電感值的電感。當(dāng)輸入電壓在3.4至8.7V之間時(shí)，建議選擇1μH的電感；當(dāng)輸入電壓在8.7至15.8V之間時(shí)，建議選擇1.5μH的電感；當(dāng)輸入電壓在15.8至27.4V之間時(shí)，建議選擇2.2μH的電感。同時(shí)，為了保持電感電流紋波在合適的范圍內(nèi)，當(dāng)輸入電壓低于8.5V時(shí)，選擇1.0μH的電感可以使電感峰 - 峰紋波電流與滿載時(shí)的平均直流電感電流之比（LIR）保持在40%至50%之間。如果需要更低的紋波，可以選擇2.2μH至10μH的電感。

電容選擇

在充電器的設(shè)計(jì)中，電容的選擇也不容忽視。不同位置的電容具有不同的作用，需要根據(jù)具體的要求進(jìn)行選擇。

• BAT電容：建議選擇標(biāo)稱值為2.2μF的陶瓷電容，其電壓額定值應(yīng)不低于6.3V。BAT電容的作用是保持電池電壓紋波小，并確保調(diào)節(jié)環(huán)路的穩(wěn)定性。為了獲得最佳的負(fù)載瞬態(tài)性能和極低的輸出電壓紋波，可以適當(dāng)增加BAT電容的值。
• INBP電容：選擇0.47μF的電容，其電壓額定值應(yīng)不低于25V。INBP電容可以改善DC - DC降壓轉(zhuǎn)換器的去耦效果，減少開關(guān)模式操作期間從電池或輸入電源汲取的電流峰值，并降低MAX8900中的開關(guān)噪聲。在PCB布局中，應(yīng)將INBP電容盡可能靠近電源引腳（INBP和PGND），以減少寄生電感。
• 其他電容：最小的IN電容為0.47μF，電壓額定值不低于25V；BST電容為0.1μF，電壓額定值不低于10V；AVL電容最小為0.1μF，電壓額定值為6.3V；PVL電容最小為1.0μF，電壓額定值為6.3V。建議選擇具有X5R或X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，因?yàn)樗鼈兙哂谐叽缧?、ESR低和溫度系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)。

PCB布局

合理的PCB布局對(duì)于充電器的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。MAX8900系列的WLP封裝和凸點(diǎn)配置允許進(jìn)行小尺寸、低成本的PCB設(shè)計(jì)。在布局時(shí)，需要遵循以下關(guān)鍵原則：

• 將CINBP電容靠近INBP引腳放置，以減小PCB走線中的寄生阻抗。
• 保持電流環(huán)路小，縮短CINBP正極到INBP的電氣長(zhǎng)度以及CBAT負(fù)極到CINBP負(fù)極的電氣長(zhǎng)度，以減少寄生阻抗。同時(shí)，將敏感信號(hào)如反饋節(jié)點(diǎn)或音頻線路遠(yuǎn)離電流環(huán)路。
• 減小LX節(jié)點(diǎn)的雜散電容，提高充電器的效率。將敏感信號(hào)遠(yuǎn)離LX節(jié)點(diǎn)。
• 使用低阻抗過(guò)孔連接CS節(jié)點(diǎn)，并將第二層的電感電流路徑與第一層的電感電流路徑保持一致，以減小阻抗。
• 將CBST和CPVL組件按照推薦的位置放置，以減小寄生阻抗。
• 盡可能多地將金屬連接到每個(gè)凸點(diǎn)，以降低與MAX8900相關(guān)的BJA，提高散熱性能。

應(yīng)用案例分析

動(dòng)態(tài)充電電流編程

在某些應(yīng)用中，需要?jiǎng)討B(tài)編程充電電流。例如，當(dāng)輸入電源為USB源時(shí)，系統(tǒng)需要根據(jù)USB - IF規(guī)定的100mA和500mA輸入電流額定值調(diào)整充電電流。通過(guò)使用微處理器（FP）控制MOSFET開關(guān)，可以連接或斷開不同的編程電阻，從而實(shí)現(xiàn)四種不同的充電電流值，范圍從95mA到1187mA。

無(wú)電池操作

在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用和/或生產(chǎn)線末端測(cè)試中，可能需要進(jìn)行無(wú)電池操作。MAX8900系列可以在滿足一定條件的情況下無(wú)電池運(yùn)行系統(tǒng)。系統(tǒng)負(fù)載電流不能超過(guò)快速充電電流IFC，并且當(dāng)電池電壓低于VPQUTH時(shí)，負(fù)載電流不能超過(guò)預(yù)充電電流IPQ。同時(shí)，需要將熱敏電阻節(jié)點(diǎn)（THM）的電壓強(qiáng)制為AVL/2，并且電池節(jié)點(diǎn)需要有足夠的電容來(lái)保持電池電壓在一定的范圍內(nèi)。

總結(jié)與展望

MAX8900A/MAX8900B/MAX8900C系列1.2A開關(guān)模式Li+充電器以其出色的性能、豐富的功能和良好的可設(shè)計(jì)性，為電子工程師們提供了一個(gè)優(yōu)秀的電池充電解決方案。其高頻開關(guān)、JEITA電池溫度監(jiān)測(cè)、可調(diào)充電參數(shù)和輸入電壓保護(hù)等特性，使得充電器在小型便攜式設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用前景。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容等組件，并進(jìn)行優(yōu)化的PCB布局，以充分發(fā)揮MAX8900系列充電器的性能。同時(shí)，隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展和電子設(shè)備對(duì)充電性能要求的不斷提高，相信未來(lái)的充電器將會(huì)在效率、安全性和智能化等方面取得更大的突破。

你在使用MAX8900系列充電器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)電池充電技術(shù)的未來(lái)發(fā)展有什么看法？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)。