MAX8903A–E/G/H/J/N/Y：高效的單節(jié)鋰電池充電器

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款出色的充電器對于設(shè)備的性能和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX8903A–E/G/H/J/N/Y系列，這是一款專為單節(jié)鋰電池設(shè)計(jì)的2A DC - DC充電器，適用于USB和適配器電源。

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產(chǎn)品概述

MAX8903A - 系列集成了單節(jié)鋰電池充電器和智能電源選擇器，具備雙電源輸入（AC適配器和USB）。其開關(guān)模式充電器采用高開關(guān)頻率，有效消除了熱量問題，同時(shí)允許使用微小的外部組件。該系列產(chǎn)品內(nèi)部集成了用于充電以及在電池和外部電源之間切換負(fù)載的所有電源開關(guān)，無需外部MOSFET、阻塞二極管或電流檢測電阻。

產(chǎn)品特性

高效散熱與小尺寸設(shè)計(jì)

• 高效DC - DC轉(zhuǎn)換器：采用高效的DC - DC轉(zhuǎn)換器，能夠有效消除熱量，提高充電器的工作效率。
• 4MHz開關(guān)頻率：高達(dá)4MHz的開關(guān)頻率，使得外部組件可以設(shè)計(jì)得非常微小，節(jié)省了電路板空間。

即時(shí)啟動與多模式支持

• 即時(shí)啟動功能：即使電池電量極低或無電量，也能實(shí)現(xiàn)即時(shí)啟動，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。
• 雙電流限制輸入：支持AC適配器和USB兩種輸入方式，并且具備雙電流限制功能，可根據(jù)不同的輸入源進(jìn)行靈活調(diào)整。
• 自動切換功能：能夠自動在適配器、USB和電池之間進(jìn)行切換，以支持負(fù)載瞬變，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

智能電源控制與安全保護(hù)

• 優(yōu)化的智能電源控制：能夠充分利用有限的USB或適配器電源，獨(dú)立設(shè)置電池充電電流和SYS輸出電流限制。當(dāng)系統(tǒng)不需要使用全部功率時(shí)，多余的功率將用于給電池充電。
• 多重安全保護(hù)：具備過壓保護(hù)、熱限制、充電狀態(tài)和故障輸出、電源正常監(jiān)測以及電池?zé)崦綦娮璞O(jiān)測等功能，確保充電器和電池的安全。

電氣特性

輸入電壓范圍

• DC輸入：工作電壓范圍為4.15V至16V，具備高達(dá)20V的保護(hù)能力。不同的輸入條件下，DC的欠壓和過壓閾值會有所不同，例如在無有效USB輸入時(shí)，DC欠壓閾值典型值為4.0V；在有有效USB輸入時(shí)，該值為4.3V。
• USB輸入：工作電壓范圍為4.1V至6.3V，具備高達(dá)8V的保護(hù)能力。USB過壓閾值典型值為6.9V。

電流限制與輸出特性

• 充電電流設(shè)置：通過連接電阻到ISET引腳，可以將快速充電電流設(shè)置高達(dá)2A，預(yù)充電電流為快速充電電流的10%。
• 輸出電流限制：DC降壓輸出電流限制可在0.5A至2A之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，USB輸入電流可設(shè)置為100mA或500mA。
• SYS輸出特性：不同版本的MAX8903_，其最小SYS調(diào)節(jié)電壓和調(diào)節(jié)電壓有所差異。例如，MAX8903A/B/E/G/Y的最小SYS調(diào)節(jié)電壓為3.0V，而MAX8903C/D/H/J/N為3.4V。

電池充電特性

• 電池調(diào)節(jié)電壓：不同版本的MAX8903_，其電池調(diào)節(jié)電壓也有所不同。如MAX8903A/B/C/G/H在常溫下的電池調(diào)節(jié)電壓典型值為4.2V，而MAX8903D/E為4.1V。
• 充電模式與終止條件：當(dāng)電池電壓低于預(yù)充電閾值時(shí)，充電器進(jìn)入預(yù)充電模式，以10%的最大快速充電速率進(jìn)行充電；當(dāng)電池電壓達(dá)到調(diào)節(jié)電壓且充電電流降至最大快速充電電流的10%時(shí)，充電器進(jìn)入完成狀態(tài)。充電完成后，還會進(jìn)行15s的頂部充電。

其他特性

• 熱敏電阻監(jiān)測：通過連接負(fù)溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻到THM引腳，可監(jiān)測電池或系統(tǒng)溫度。當(dāng)溫度超出范圍時(shí)，充電將暫停，充電定時(shí)器也會暫停。
• 充電定時(shí)器：預(yù)充電和快速充電定時(shí)器由CT引腳的電容控制。例如，當(dāng)CCT = 0.15μF時(shí)，預(yù)充電時(shí)間為33分鐘，快速充電時(shí)間為660分鐘。在快速充電模式下，如果充電電流下降到編程快速充電水平的50%以下，快速充電定時(shí)器會減慢2倍；如果下降到20%以下，定時(shí)器會暫停。

應(yīng)用電路與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

典型應(yīng)用電路

MAX8903_有兩種典型應(yīng)用電路，一種使用單獨(dú)的DC和USB連接器，另一種使用Mini 5風(fēng)格連接器或其他DC/USB通用連接器。這兩種電路都包含了輸入濾波電容、VL濾波電容、SYS輸出旁路電容、電池旁路電容、充電器定時(shí)電容等外部組件。

外部組件選擇

• 電容選擇：輸入濾波電容（CDC、CUSB）建議使用4.7μF陶瓷電容；VL濾波電容（CVL）使用1.0μF陶瓷電容；SYS輸出旁路電容（CSYS）根據(jù)不同版本的MAX8903_，分別選擇10μF（MAX8903A/C/D/H/J）或22μF（MAX8903B/E/G/Y）陶瓷電容；電池旁路電容（CBAT）使用10μF陶瓷電容；充電器定時(shí)電容（CCT）使用0.15μF低TC陶瓷電容。
• 電阻選擇：邏輯輸出上拉電阻（RPU）使用4個(gè)100kΩ電阻；THM上拉電阻（RT）使用10kΩ電阻；DC輸入電流限制編程電阻（RIDC）根據(jù)所需的電流限制進(jìn)行選擇，例如對于2A限制，可選擇3kΩ±1%的電阻；快速充電電流編程電阻（RISET）同樣根據(jù)所需的充電電流進(jìn)行選擇，如對于1A充電，可選擇1.2kΩ±1%的電阻。
• 電感選擇：DC輸入降壓電感（L1）的選擇需要考慮輸入電壓范圍、開關(guān)頻率和輸出電流限制等因素。不同的輸入電壓和電流限制條件下，推薦的電感值和型號也不同。例如，對于5V±10%輸入、2A輸出電流限制的MAX8903H/J/N/Y，推薦使用1.0μH的電感，如Vishay的IFSC1008ABER1R0M01或Murata的LQH32PN1R0 - NN0。

PCB布局與布線

• 接地設(shè)計(jì)：良好的PCB布局和布線對于充電器的性能至關(guān)重要。GND和PG應(yīng)僅在一點(diǎn)連接到電源接地平面，以最小化電源接地電流的影響。電池接地應(yīng)直接連接到電源接地平面。
• 電阻連接：ISET和IDC電流設(shè)置電阻應(yīng)直接連接到GND，以避免電流誤差。
• 散熱設(shè)計(jì)：將GND直接連接到IC下方的暴露焊盤，并使用多個(gè)緊密間隔的過孔連接到接地平面，有助于IC的散熱。
• 電容位置：將DC、SYS、BAT和USB的輸入電容盡可能靠近IC放置，并保持連接到DC、SYS和BAT的高電流走線短而寬。

不同版本差異

MAX8903_系列有多種版本可供選擇，它們在基本架構(gòu)和功能上相同，但在某些電氣和操作參數(shù)上存在差異，具體如下表所示：

總結(jié)

MAX8903A–E/G/H/J/N/Y系列充電器以其高效、小巧和智能的特點(diǎn)，為單節(jié)鋰電池充電提供了出色的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的版本，并注意外部組件的選擇和PCB布局布線，以確保充電器的性能和穩(wěn)定性。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似產(chǎn)品在電源管理方面的挑戰(zhàn)呢？又有哪些獨(dú)特的解決方法呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。