MAX1640/MAX1641：可調(diào)輸出開關(guān)模式電流源的深度解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電池充電器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，尤其是對(duì)于那些需要精準(zhǔn)充電控制的設(shè)備。Maxim Integrated推出的MAX1640/MAX1641可調(diào)輸出開關(guān)模式電流源，就是一款適用于微處理器控制電池充電器的優(yōu)秀芯片。接下來(lái)，我們就對(duì)這款芯片進(jìn)行詳細(xì)的剖析。

文件下載：MAX1640.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1640/MAX1641是CMOS工藝的可調(diào)輸出開關(guān)模式電流源，能在+5.5V至+26V的輸入電壓下工作。這兩款芯片的充電電流、最大輸出電壓和脈沖涓流充電都可以通過(guò)外部電阻來(lái)編程設(shè)置，通過(guò)對(duì)關(guān)斷時(shí)間的編程還能修改開關(guān)頻率，從而有效抑制對(duì)噪聲敏感電路中的有害諧波。

它們采用降壓脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器，搭配外部P通道MOSFET開關(guān)和可選的外部N通道MOSFET同步整流器，以提高效率。內(nèi)部的低壓差線性穩(wěn)壓器為內(nèi)部參考和電路以及N通道同步整流器的柵極驅(qū)動(dòng)器提供電源。芯片采用了節(jié)省空間的16引腳窄QSOP封裝。

二、關(guān)鍵特性

• 效率高：高達(dá)95%的效率，能有效減少能量損耗。
• 寬輸入輸出范圍：輸入電源范圍為+5.5V至+26V，輸出電壓可在2V至24V之間調(diào)節(jié)。
• 最大占空比大：具備100%的最大占空比，可實(shí)現(xiàn)低壓差工作。
• PWM操作頻率高：最高可達(dá)500kHz的PWM操作頻率。
• 同步整流可選：用戶可根據(jù)需求選擇是否使用同步整流功能。
• 封裝小巧：采用16引腳QSOP封裝，節(jié)省電路板空間。
• 電流檢測(cè)精度高：MAX1641的電流檢測(cè)精度為2%，MAX1640為5.3%。

三、電氣特性

輸入輸出電壓

輸入電壓范圍為5.5V至26V，線性穩(wěn)壓器輸出電壓根據(jù)不同參考有不同范圍，如以輸入電壓為參考的VLDOH在VIN - 5.5V至VIN - 4.5V之間；以地為參考的VLDOL在4.5V至5.5V之間。

電流檢測(cè)閾值

MAX1640和MAX1641的滿量程電流檢測(cè)閾值和四分之一量程電流檢測(cè)閾值有所不同，例如MAX1640滿量程為142 - 158mV，MAX1641為147 - 153mV。

其他參數(shù)

還包括靜態(tài)輸入電源電流、關(guān)斷模式輸出電流、VLDOL欠壓鎖定電壓、參考電壓等參數(shù)，這些參數(shù)在不同的工作條件下都有明確的范圍。

四、引腳說(shuō)明

五、工作模式與編程

充電模式

通過(guò)感測(cè)電阻RSENSE設(shè)置兩個(gè)充電電流水平，通過(guò)控制D0和D1的高低電平來(lái)選擇不同的充電模式，如快速充電、頂部充電和脈沖涓流充電等。例如，快速充電電流為VREF / (13.3RSENSE) ，頂部充電電流為VSET / (13.3RSENSE) 。

脈沖涓流模式

將D0拉低、D1拉高可選擇脈沖涓流模式，此模式下電流為VSET / (13.3RSENSE) ，且在RTOFF設(shè)置的周期內(nèi)導(dǎo)通12.5%的時(shí)間，有助于保持電池滿充狀態(tài)并在快速充電前緩慢充電冷電池。

關(guān)斷模式

將D0和D1拉低可關(guān)閉P通道FET，從而停止輸出電流，此模式還可用于控制充電結(jié)束和保護(hù)電池免受過(guò)溫影響。

設(shè)置最大輸出電壓

通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置TERM引腳的電壓，當(dāng)TERM電壓超過(guò)參考電壓時(shí)，內(nèi)部比較器會(huì)關(guān)閉P通道FET，終止電流流動(dòng)。計(jì)算公式為R3 = R4 ((VOUT / VTERM) - 1) 。

編程關(guān)斷時(shí)間

編程關(guān)斷時(shí)間時(shí)需要考慮最大電感電流紋波、最大輸出電壓、電感值和電感電流額定值等因素。具體步驟包括選擇最大輸出電流紋波、最大輸出電壓，計(jì)算電感值范圍，選擇合適的電感值，計(jì)算關(guān)斷時(shí)間tOFF，通過(guò)RTOFF編程tOFF，最后計(jì)算開關(guān)頻率fs。

六、同步整流與元件選擇

同步整流

同步整流通過(guò)用低電阻MOSFET開關(guān)分流肖特基二極管來(lái)降低整流器的傳導(dǎo)損耗，在重載下可提高約3%至5%的效率。為防止交叉導(dǎo)通，同步整流器在P通道功率MOSFET關(guān)閉后不久開啟，且在關(guān)斷時(shí)間的90%內(nèi)保持關(guān)閉。在低成本設(shè)計(jì)中，同步整流器FET可以用肖特基二極管代替。

元件選擇

• 外部開關(guān)晶體管：MAX1640/MAX1641驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)模式P通道MOSFET和同步整流N通道MOSFET，選擇P通道FET時(shí)需考慮導(dǎo)通電阻、最大漏源電壓、最大柵源電壓和最小閾值電壓等參數(shù)。
• 整流二極管：若不使用N通道MOSFET同步整流器，則需要一個(gè)肖特基整流器。選擇時(shí)要確保其平均電流額定值超過(guò)峰值電流限制，擊穿電壓超過(guò)輸出電壓。在高溫應(yīng)用中，可考慮使用高速硅二極管。
• 電感值：電感值的選擇需要在電感值、關(guān)斷時(shí)間、輸出電流紋波和開關(guān)頻率之間進(jìn)行權(quán)衡，具體可參考編程關(guān)斷時(shí)間部分的內(nèi)容。

七、應(yīng)用與布局

應(yīng)用信息

在有微控制器的應(yīng)用中，MAX1640/MAX1641可作為低成本電池充電器使用。微控制器可以通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出電壓來(lái)控制不同的充電模式，如快速充電、頂部充電、涓流充電和關(guān)斷模式。

布局和接地

由于芯片具有高電流水平和快速開關(guān)波形，因此正確的PCB布局至關(guān)重要。高電流接地路徑應(yīng)采用星形配置連接到PGND，走線要寬以降低電阻，并且要盡可能短以減少雜散電感。所有低電流接地路徑應(yīng)連接到GND，輸入旁路電容應(yīng)盡可能靠近IN引腳。

八、總結(jié)

MAX1640/MAX1641可調(diào)輸出開關(guān)模式電流源憑借其豐富的功能和優(yōu)秀的性能，為電子工程師在電池充電器設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)可靠的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和電路要求，合理選擇工作模式、編程參數(shù)和元件，同時(shí)注意PCB布局和接地，以確保芯片能夠發(fā)揮出最佳性能。大家在使用這款芯片的過(guò)程中，有沒有遇到過(guò)什么有趣的問題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評(píng)論區(qū)分享交流。