MAX1501：高度集成的便攜式應(yīng)用電池充電器

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電池充電管理是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天要和大家分享一款來自Maxim Integrated的高度集成的線性電池充電器——MAX1501，它專為便攜式應(yīng)用而設(shè)計，具備熱調(diào)節(jié)功能，能為我們的設(shè)計帶來諸多便利。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1501是一款智能的恒流恒壓（CCCV）、溫度調(diào)節(jié)電池充電器，可對單節(jié)鋰離子（Li+）電池或三節(jié)鎳氫/鎳鎘（NiMH/NiCd）電池進行充電。它集成了電流檢測電阻、PMOS傳輸元件和熱調(diào)節(jié)電路，同時省去了反向阻斷肖特基二極管，為手持設(shè)備提供了最簡單的充電解決方案。

該器件接受4.5V至13V的電源輸入，但當輸入電壓超過6.5V時會禁用充電功能，以防止過度功耗。它的工作溫度范圍為-40°C至+85°C，并采用了緊湊的16引腳、熱增強型5mm x 5mm薄型QFN封裝，外形高度僅0.8mm。

二、主要特性

2.1 充電模式靈活

• 支持單節(jié)Li+電池的獨立充電，以及通過微處理器控制的三節(jié)NiMH/NiCd電池充電。
• 無需外部FET、反向阻斷二極管或電流檢測電阻，簡化了電路設(shè)計。

2.2 可編程參數(shù)豐富

• 可編程的快速充電電流高達1.4A（最大值），滿足不同充電需求。
• 提供+95°C、+115°C和+135°C三種可編程的管芯溫度調(diào)節(jié)控制，有效保護芯片。
• 輸入電壓范圍為4.5V至13V，具備輸入過壓（OVLO）保護（超過6.5V時起作用）。
• 可編程的頂充電流閾值為快速充電電流的10%、20%或30%。

2.3 其他實用特性

• 充電電流監(jiān)測功能，可用于電量計量。
• 可編程的安全定時器（MAX1501型號，可選3、4.5或6小時）。
• 輸入電源檢測輸出（ACOK）和充電使能輸入（CHGEN）。
• 具備自動重新充電功能。
• 數(shù)字軟啟動限制浪涌電流。
• 提供充電狀態(tài)輸出，可用于連接LED或與微處理器接口。

三、電氣特性

3.1 輸入輸出電壓

• IN、INP輸入電壓范圍為0至13V，輸入工作范圍為4.50至6.25V。
• VL輸出電壓在4.5V ≤ VIN ≤ 6.25V且IVL < 250μA時，范圍為2.7至3.3V。

3.2 各種閾值和電流特性

• ACOK跳閘點：VIN - VBATT上升時為40至100mV，下降時為30至85mV，具有15mV的滯回。
• 欠壓鎖定跳閘點：VIN下降時為3.9至4.1V，過壓鎖定跳閘點：VIN上升時為6.25至6.75V。
• IN輸入電流在不同模式下有所不同，如在Li+、NiMH/NiCd和無電池模式下最大為8mA。
• RMS充電電流最大可達1.4A。

3.3 電池調(diào)節(jié)電壓

• Li+模式下，SELV = VL時為4.166至4.234V，SELV = GND時為4.067至4.133V。
• NiMH/NiCd模式下，SELV = VL且VIN = VINP = 6V時為4.85至5.05V，SELV = GND時為4.4至4.6V。

四、工作模式

4.1 Li+充電模式

將CHGEN和MODE連接到GND，可使MAX1501進入Li+充電模式。此模式下，充電器由電壓控制環(huán)、電流控制環(huán)和熱控制環(huán)組成。通過連接SELV到GND或VL，可將Li+電池電壓分別設(shè)置為4.1V或4.2V。

充電開始時，先以用戶編程的快速充電電流的10%對Li+電池進行預(yù)充電。當電池電壓達到2.8V時，采用軟啟動算法將充電電流逐步提升至快速充電電流。當BATT電壓達到所選的調(diào)節(jié)電壓時，進入恒壓模式并減小充電電流。

4.2 NiMH/NiCd充電模式

將MODE連接到VL，可使MAX1501進入NiMH/NiCd充電模式。該模式僅使用電流和電壓控制環(huán)，適用于涓流或基于定時器的充電器。充電開始時，同樣以用戶編程的充電電流的10%進行預(yù)充電，當VBATT超過2.8V時開始快速充電。當VBATT達到4.5V時，進入電壓模式并減小充電電流。

4.3 無電池模式

將CHGEN和MODE連接到VL，可使MAX1501進入無電池模式。在此模式下，外部負載可連接到BATT，VBATT將調(diào)節(jié)至4V，無論SELV的狀態(tài)如何。電流控制環(huán)、電壓控制環(huán)和熱控制環(huán)在無電池模式下均正常工作。

五、參數(shù)選擇與設(shè)計注意事項

5.1 充電電流選擇

通過在SETI和GND之間連接一個外部電阻來編程充電電流，計算公式為：(R{SETI }=1000 × frac{1.4 V}{I{BATT }})。同時，可通過監(jiān)測VSETI來測量充電電流，公式為：(V{SETI }=frac{I{BATT }}{1000} × R_{SETI })。

5.2 熱調(diào)節(jié)選擇

使用TEMP三電平邏輯輸入設(shè)置MAX1501的調(diào)節(jié)管芯溫度。將TEMP連接到GND可將管芯溫度調(diào)節(jié)至+95°C，浮空時為+115°C，連接到VL時為+135°C。

5.3 頂充電流選擇

使用FULLI三電平邏輯輸入設(shè)置Li+和NiMH/NiCd充電模式下的頂充電流閾值。將FULLI連接到GND、VL或浮空，可分別將頂充電流閾值設(shè)置為快速充電電流的10%、20%或30%。

5.4 充電定時器選擇（僅MAX1501）

使用TMAX三電平邏輯輸入設(shè)置最大充電時間。將TMAX連接到GND、浮空或連接到VL，可分別將最大充電時間設(shè)置為3小時、4.5小時或6小時。

5.5 電容選擇

• 在BATT和GND之間連接一個10μF的X5R陶瓷電容，以確保穩(wěn)定性。
• 將IN和INP連接在一起，并通過一個1μF的陶瓷電容旁路到GND。對于高輸入電壓或高充電電流的情況，可使用更大的輸入旁路電容以減少電源噪聲。

5.6 熱考慮

MAX1501采用了熱增強型薄型QFN封裝，帶有外露散熱焊盤。將外露散熱焊盤連接到大型銅接地平面，可提供器件與電路板之間的熱接觸，將熱量從器件轉(zhuǎn)移出去，從而在最大化充電電流的同時，最小化管芯溫度的升高。

六、應(yīng)用電路

文檔中給出了多種應(yīng)用電路示例，包括：

• 獨立Li+電池充電器：通過連接SETI的2.8kΩ電阻設(shè)置充電電流為500mA。
• 基于微處理器的Li+電池充電器：通過驅(qū)動CHGEN來控制充電，使用100kΩ上拉電阻從ACOK連接到微處理器的邏輯電源電壓，以檢測輸入電源的存在。
• 獨立或基于微處理器的NiMH/NiCd電池充電器：通過連接SELV來設(shè)置充電終止電壓或調(diào)節(jié)電壓。
• 基于微處理器的單節(jié)Li+或三節(jié)NiMH/NiCd充電器：通過MODE和CHGEN的狀態(tài)設(shè)置工作模式。
• 帶有輸入過壓保護的精確電流限制低壓差線性穩(wěn)壓器（無電池模式）：將MODE連接到VL啟用線性穩(wěn)壓器，連接到GND則使器件進入 shutdown狀態(tài)，RSETI設(shè)置最大輸出電流。

七、布局和旁路

在電路板布局時，應(yīng)注意以下幾點：

• 將IN和INP盡可能靠近器件連接在一起，并通過1μF陶瓷電容旁路。
• 將BATT通過10μF陶瓷電容旁路到GND。
• 提供大型銅接地平面，使外露散熱焊盤能夠?qū)崃繌钠骷l(fā)出去。
• 將電池盡可能靠近器件連接到BATT，以提供最準確的電池電壓檢測。
• 使所有大電流走線短而寬，以最小化電壓降。

總的來說，MAX1501是一款功能強大、集成度高的電池充電器，能夠滿足多種便攜式應(yīng)用的需求。在設(shè)計過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景，合理選擇參數(shù)和進行電路板布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。