MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B：高性能充電器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

作為電子工程師，在設(shè)計(jì)充電電路時(shí)，常常需要在性能、成本和尺寸之間找到平衡。今天要介紹的MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B這三款高頻率多化學(xué)電池充電器，正是解決這些問題的理想選擇。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B采用了新型高頻電流模式架構(gòu)，顯著減小了組件尺寸和成本。它使用了帶有n溝道同步整流器的高端MOSFET，充電電壓、充電電流和輸入電流限制均可廣泛調(diào)節(jié)，能夠輕松構(gòu)建高精度、高效率的充電器。

充電能力

• MAX17005B可對三或四節(jié)Li + 串聯(lián)電池進(jìn)行充電。
• MAX17006B可對二或三節(jié)Li + 串聯(lián)電池進(jìn)行充電。
• MAX17015B可通過輸出端的反饋電阻分壓器調(diào)整充電電壓設(shè)置和電池節(jié)數(shù)。所有型號(hào)的充電器在使用10mΩ檢測電阻時(shí)，都能提供至少4A的充電電流。

獨(dú)特特性

• 內(nèi)置高精度電流感測放大器，能實(shí)現(xiàn)逐周期電流模式控制，有效保護(hù)電池免受過短路影響，并能快速響應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載瞬變。
• 提供與適配器電流成比例的高精度模擬輸出，在MAX17015B中，即使適配器斷開，該電流監(jiān)測功能仍可監(jiān)測電池放電電流。

封裝形式

這三款充電器采用了小巧的4mm x 4mm x 0.8mm 20引腳無鉛TQFN封裝，還提供評(píng)估套件，有助于縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

二、產(chǎn)品特性解析

高頻優(yōu)勢

• 開關(guān)頻率高達(dá)1.2MHz，采用受控電感電流紋波架構(gòu)，可降低材料清單成本，減小電感和輸出電容的尺寸。
• 充電電壓精度可達(dá)±0.4%，輸入電流限制精度為±2.5%，充電電流精度為±3%，單點(diǎn)補(bǔ)償設(shè)計(jì)使電路更加穩(wěn)定。

參數(shù)可調(diào)

• 充電電流設(shè)置既可以通過模擬控制輸入，也可以通過PWM輸入進(jìn)行調(diào)節(jié)。
• 電池電壓可針對不同節(jié)數(shù)的電池進(jìn)行調(diào)節(jié)，如MAX17005B適用于3和4節(jié)電池，MAX17006B適用于2和3節(jié)電池，每節(jié)電池的電壓調(diào)節(jié)范圍為4.2V至4.4V。

多重保護(hù)

• 具備逐周期電流限制和電池短路保護(hù)功能，能有效保護(hù)電池和充電器。
• 對脈沖充電和系統(tǒng)負(fù)載瞬變響應(yīng)迅速，可編程充電電流小于5A。

自動(dòng)電源選擇

利用n溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)自動(dòng)系統(tǒng)電源選擇，當(dāng)適配器插入時(shí)，優(yōu)先使用適配器供電；適配器斷開時(shí)，自動(dòng)切換到電池供電。 內(nèi)部集成升壓二極管，輸入電壓范圍為+ 8V至+ 26V。

三、電氣特性分析

充電電壓調(diào)節(jié)

不同型號(hào)和電池節(jié)數(shù)下，充電電壓具有高精度的調(diào)節(jié)能力。例如，MAX17006B在2節(jié)電池、VCTL = VAGND條件下，電池調(diào)節(jié)電壓精度可達(dá)8.3664 - 8.4336V。通過調(diào)節(jié)VCTL輸入，可以精確控制電池輸出電壓和電池節(jié)數(shù)。

充電電流調(diào)節(jié)

ISET引腳可接受模擬或數(shù)字輸入，設(shè)置充電電流。模擬輸入時(shí)，CSIP和CSIN之間的滿量程差分電壓為80mV；數(shù)字PWM輸入時(shí)，為60mV?？筛鶕?jù)公式 [CHG=frac{240 mV}{RS 2} × frac{V{ISET}}{V{AA}}] 來配置充電電流。

輸入電流限制

當(dāng)輸入電流超過設(shè)定的限制時(shí)，控制器會(huì)降低充電電流，優(yōu)先保障系統(tǒng)負(fù)載電流?？赏ㄟ^選擇合適的電流檢測電阻RS1來設(shè)置輸入電流限制，公式為 [INPUTLIMIT =frac{60 mV}{RS 1} timesleft(1+frac{R{B}}{R_{A}}right)] 。

其他特性

還具有AC適配器檢測、LDO穩(wěn)壓器和VAA參考電壓輸出等功能。LDO穩(wěn)壓器可提供5.4V電源，輸出負(fù)載電流超過40mA；VAA為4.2V參考電壓，為多數(shù)控制電路提供偏置。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

充電電壓設(shè)置

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，選擇合適的型號(hào)和VCTL輸入電平來設(shè)置電池節(jié)數(shù)和電壓。例如，對于3節(jié)電池的MAX17005B應(yīng)用，2.4V < VCTL < 4.2V 。具體的充電電壓計(jì)算公式可參考文檔中的相關(guān)公式。

充電電流設(shè)置

ISET引腳是設(shè)置充電電流的關(guān)鍵。可根據(jù)應(yīng)用選擇模擬或PWM輸入方式，并根據(jù)公式配置充電電流。同時(shí)，要選擇合適的電流檢測電阻RS2，以確保其能夠承受滿充電電流。

輸入電流限制設(shè)置

根據(jù)AC適配器的電流能力和輸入電流限制的公差來設(shè)置輸入電流限制。選擇合適的電流檢測電阻RS1，并可通過電阻分壓器進(jìn)行微調(diào)。

自動(dòng)電源選擇設(shè)計(jì)

利用外部電荷泵驅(qū)動(dòng)n溝道適配器選擇開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電源切換。在設(shè)計(jì)中，要注意選擇合適的二極管，確保開關(guān)的正常工作。

電流監(jiān)測設(shè)計(jì)

可使用IINP引腳監(jiān)測系統(tǒng)輸入電流或電池放電電流。在MAX17015B中，適配器斷開時(shí)，將ISET驅(qū)動(dòng)高于2.4V可啟用IINP監(jiān)測電池放電電流。

補(bǔ)償設(shè)計(jì)

充電電壓、充電電流和輸入電流限制調(diào)節(jié)環(huán)路分別進(jìn)行補(bǔ)償。充電電流和輸入電流限制環(huán)路內(nèi)部補(bǔ)償，充電電壓環(huán)路在CC引腳外部補(bǔ)償，連接一個(gè)0.01μF的電容器。

五、元件選擇

MOSFET選擇

根據(jù)最大所需充電電流選擇合適的n溝道MOSFET。要考慮MOSFET在不同工作條件下的功率損耗，包括導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗、輸出電容損耗和反向恢復(fù)電荷損耗等，并通過公式進(jìn)行估算。

電感器選擇

電感器的選擇需要在效率、瞬態(tài)響應(yīng)、尺寸和成本之間進(jìn)行權(quán)衡?？筛鶕?jù)公式 [L=frac{k × V{I N}^{2}}{4 × I{C H G} × L I R_{M A X}}] 選擇合適的電感值，同時(shí)要確保其飽和電流額定值滿足要求。

輸入輸出電容選擇

輸入電容要滿足紋波電流要求，優(yōu)先選擇非鉭電容；輸出電容要吸收電感紋波電流，并能承受電池插入時(shí)的浪涌電流，可根據(jù)公式 [C{OUT }=frac{ RIPPLE }{f{SW} × 8 × Delta V{CSIN }} × k{CAP-BIAS}] 選擇合適的電容值。

六、PCB布局要點(diǎn)

良好的PCB布局對于實(shí)現(xiàn)指定的抗噪性、效率和穩(wěn)定性能至關(guān)重要。

高功率連接

優(yōu)先放置高功率連接，使它們的接地相鄰。盡量減小電流檢測電阻和高電流路徑中的接地和其他走線長度，使用寬度大于5mm的走線。

信號(hào)組件布局

將IC和信號(hào)組件放置在合適的位置，使主開關(guān)節(jié)點(diǎn)（LX節(jié)點(diǎn)）遠(yuǎn)離敏感的模擬組件。IC與電流檢測電阻的距離應(yīng)不超過10mm。

柵極驅(qū)動(dòng)走線

柵極驅(qū)動(dòng)走線（DHI和DLO）應(yīng)盡可能短（L < 20mm），并遠(yuǎn)離電流檢測線和VAA，走線寬度應(yīng)大于1.25mm。

旁路電容放置

將陶瓷旁路電容靠近IC放置，大容量電容可放置得遠(yuǎn)一些。將電流檢測輸入濾波電容放置在器件下方，直接連接到GND引腳。

單點(diǎn)接地

采用單點(diǎn)星形接地，將功率地（接地平面）和安靜接地島在PGND引腳處連接。

七、總結(jié)

MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B是三款性能卓越的電池充電器，具有高頻、高精度、多功能等特點(diǎn)。通過合理的設(shè)計(jì)和元件選擇，以及優(yōu)化的PCB布局，能夠在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的充電功能。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)充電電路時(shí)，可以充分考慮這三款充電器的優(yōu)勢，為產(chǎn)品的性能提升和成本控制提供有力支持。

你在實(shí)際使用中是否遇到過類似充電器設(shè)計(jì)的難題？對于這些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，你有什么不同的見解或經(jīng)驗(yàn)分享嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。