MAX1873：簡(jiǎn)單限流開關(guān)模式鋰離子充電器控制器的深度剖析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電管理是至關(guān)重要的一環(huán)。而MAX1873R/S/T作為一款低成本的鋰離子充電器控制器，為2 - 4節(jié)鋰離子電池的充電提供了簡(jiǎn)單高效的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1873R/S/T能夠以高達(dá)4A或更高的電流，簡(jiǎn)單高效地為2、3或4節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池充電。它在電池端子處提供調(diào)節(jié)后的充電電流和電壓，總電壓誤差小于±0.75%。通過(guò)外部P溝道MOSFET以降壓DC - DC配置工作，能在低成本設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)高效電池充電。此外，它還具備為鎳基電池充電的能力，并且有模擬輸出用于監(jiān)控充電電流。同時(shí)，該器件還提供了評(píng)估套件（MAX1873EVKIT），可幫助加快設(shè)計(jì)進(jìn)程。

二、產(chǎn)品特性

（一）充電功能強(qiáng)大

既可以為2 - 4節(jié)串聯(lián)的鋰離子電池充電，也能為鎳基電池充電，滿足了多化學(xué)體系充電器的設(shè)計(jì)需求。

（二）高精度控制

通過(guò)兩個(gè)控制回路協(xié)同工作，能在電壓和電流調(diào)節(jié)之間平穩(wěn)過(guò)渡，精確調(diào)節(jié)電池電壓和充電電流。同時(shí)，額外的控制回路可限制從輸入源汲取的電流，有助于減小AC適配器的尺寸和成本。

（三）性能指標(biāo)優(yōu)越

• 電池調(diào)節(jié)電壓精度達(dá)到±0.75%，確保電池充電的安全性和穩(wěn)定性。
• 關(guān)機(jī)時(shí)電池電流僅為5μA，可有效減少電池自放電。
• 輸入電壓最高可達(dá)28V，能適應(yīng)多種電源輸入。
• 200mV的壓差電壓和100%的占空比，保證了充電效率。
• 300kHz的PWM振蕩器可降低噪聲。

  （四）封裝與設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

  采用節(jié)省空間的16引腳QSOP封裝，并且有評(píng)估套件可供使用，能有效縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

三、產(chǎn)品選型

（一）不同型號(hào)的溫度范圍與封裝

MAX1873REEE、MAX1873SEEE和MAX1873TEEE的溫度范圍均為 - 40°C至 + 85°C，封裝均為16引腳QSOP。

（二）適用的電池類型

工程師們?cè)谶x型時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的電池類型和數(shù)量來(lái)選擇合適的型號(hào)。

四、電氣特性

（一）輸入電源與參考

• DCIN輸入電壓范圍為6V至28V，能適應(yīng)多種電源輸入。
• DCIN靜態(tài)電源電流在不同條件下有不同的取值范圍，如在6.0V < VDCIN < 28V時(shí)，典型值為4mA，最大值為7mA。
• REF輸出電壓在特定負(fù)載下為4.2V，且具有良好的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。

  （二）開關(guān)調(diào)節(jié)器

• PWM振蕩器頻率為270kHz至330kHz，能有效降低噪聲。
• EXT驅(qū)動(dòng)源導(dǎo)通電阻和灌電流導(dǎo)通電阻在一定范圍內(nèi)，確保了MOSFET的正常驅(qū)動(dòng)。

  （三）電池相關(guān)特性

• 不同版本的MAX1873在電池過(guò)壓截止閾值、電池調(diào)節(jié)電壓和電池欠壓閾值等方面有不同的參數(shù)，以適應(yīng)不同節(jié)數(shù)的鋰離子電池。例如，MAX1873R（2節(jié)鋰離子電池）的電池調(diào)節(jié)電壓在不同VADJ設(shè)置下有不同的值。

  （四）電流檢測(cè)

• CSB到BATT的電池電流檢測(cè)電壓和CSSP到CSSN的電流檢測(cè)電壓在一定范圍內(nèi)，可用于精確監(jiān)測(cè)充電電流。

  （五）控制輸入/輸出

• ICHG/EN輸入閾值包含50mV的滯后，可防止誤觸發(fā)。
• IOUT電壓與CSB - BATT電壓成正比，可用于監(jiān)測(cè)充電電流。

五、典型工作特性

通過(guò)一系列的圖表，如IOUT電壓與CSB - BATT電壓的關(guān)系、電池電壓與充電電流的關(guān)系、電池調(diào)節(jié)電壓與VADJ電壓的關(guān)系等，可以直觀地了解MAX1873在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。這些特性曲線對(duì)于工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中進(jìn)行參數(shù)調(diào)整和性能優(yōu)化具有重要的參考價(jià)值。

六、引腳描述

MAX1873的每個(gè)引腳都有其特定的功能，以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

（一）CSSN和CSSP

用于輸入源電流檢測(cè)，通過(guò)連接電流檢測(cè)電阻可限制從輸入源汲取的總電流。

（二）ICHG/EN

用于調(diào)整電池充電電流或關(guān)閉充電功能。當(dāng)連接到REF時(shí)，可實(shí)現(xiàn)滿量程充電電流；拉低該引腳可關(guān)閉充電并降低電源電流。

（三）IOUT

充電電流監(jiān)測(cè)輸出，輸出的模擬電壓與充電電流成正比，可方便地進(jìn)行充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

（四）VADJ

用于調(diào)整電池調(diào)節(jié)電壓，通過(guò)設(shè)置VADJ電壓可實(shí)現(xiàn)不同的電池調(diào)節(jié)電壓。

（五）REF

輸出4.2V的參考電壓，需要通過(guò)1μF的陶瓷電容旁路到地。

七、詳細(xì)工作原理

（一）電壓調(diào)節(jié)器

鋰離子電池充電時(shí)需要高精度的電壓限制。MAX1873的電池調(diào)節(jié)電壓標(biāo)稱值為每節(jié)4.2V，可通過(guò)設(shè)置VADJ電壓在REF和地之間調(diào)整±5.25%。內(nèi)部誤差放大器可將電壓調(diào)節(jié)在±0.75%以內(nèi)，并且在CCV引腳進(jìn)行補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)最佳的調(diào)節(jié)效果。

（二）充電電流調(diào)節(jié)器

通過(guò)連接在BATT和CSB之間的電流檢測(cè)電阻（RCSB）來(lái)檢測(cè)充電電流，同時(shí)ICHG/EN引腳的電壓也可調(diào)節(jié)充電電流。充電電流誤差放大器在CCI引腳進(jìn)行補(bǔ)償，以確保充電電流的穩(wěn)定。

（三）輸入電流調(diào)節(jié)器

當(dāng)輸入電流達(dá)到設(shè)定的輸入電流限制時(shí)，通過(guò)降低充電電流來(lái)限制源電流。輸入電流通過(guò)連接在CSSP和CSSN之間的外部檢測(cè)電阻（RCSS）進(jìn)行測(cè)量，輸入電流誤差放大器在CCS引腳進(jìn)行補(bǔ)償。

（四）PWM控制器

以恒定的300kHz驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，調(diào)節(jié)充電電流和電壓，同時(shí)保持低噪聲。它接受來(lái)自CCI、CCV和CCS誤差放大器的輸入，取三者中的最低信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)PWM控制器。

（五）關(guān)機(jī)與欠壓保護(hù)

當(dāng)ICHG/EN引腳被拉低（低于0.5V）或DCIN電壓低于BATT電壓時(shí)，MAX1873停止充電并進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)，可減少電池消耗。當(dāng)DCIN電壓低于BATT + 50mV時(shí)，充電器關(guān)閉，防止電池在輸入源不足時(shí)放電。

（六）充電電流監(jiān)測(cè)輸出

IOUT引腳輸出與實(shí)際充電電流成正比的模擬電壓，可配合微控制器進(jìn)行電量計(jì)量、充電百分比指示或剩余充電時(shí)間估算。

八、設(shè)計(jì)步驟

（一）設(shè)置電池調(diào)節(jié)電壓

對(duì)于鋰離子電池，通過(guò)VADJ引腳設(shè)置每節(jié)電池的調(diào)節(jié)電壓限制。使用從REF到地的電阻分壓器來(lái)設(shè)置VADJ電壓，對(duì)于每節(jié)4.2V的電池電壓，可使用相等阻值（標(biāo)稱100kΩ）的電阻。

（二）設(shè)置充電電流限制

充電電流由連接在CSB和BATT之間的電流檢測(cè)電阻RCSB檢測(cè)，并且也可通過(guò)ICHG/EN引腳的電壓進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)ICHG/EN連接到REF時(shí)，充電電流為ICHG = 0.2V / RCSB。

（三）設(shè)置輸入電流限制

輸入源電流限制由連接在CSSP和CSSN之間的輸入電流檢測(cè)電阻RCSS設(shè)置，源電流方程為IIN = 0.1V / RCSS，通常將該限制設(shè)置為輸入電源或AC適配器的額定電流。

（四）電感選擇

選擇電感時(shí)，應(yīng)使紋波電流約為直流平均充電電流的30% - 50%?？筛鶕?jù)相關(guān)公式計(jì)算電感值和峰值電感電流，例如在特定條件下，計(jì)算得到合適的電感值。

（五）MOSFET選擇

MAX1873使用P溝道功率MOSFET開關(guān)，選擇時(shí)需要考慮其漏源導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）和柵極電荷等特性，以滿足充電電路的效率或功率損耗要求。可通過(guò)計(jì)算MOSFET的工作占空比和功率損耗來(lái)選擇合適的MOSFET。

（六）二極管選擇

需要連接一個(gè)肖特基整流器，其電流額定值至少為充電電流限制，電壓額定值應(yīng)超過(guò)最大預(yù)期輸入電壓。

（七）電容選擇

• 輸入電容需要能夠處理輸入RMS電流，以防止開關(guān)電流在源中循環(huán)。
• 輸出濾波電容用于吸收電感紋波電流，其電容值和ESR額定值對(duì)于濾波效果和PWM電路的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

  （八）補(bǔ)償組件

  輸入電流限制、充電電流限制和充電電壓限制三個(gè)調(diào)節(jié)回路分別在CCS、CCI和CCV引腳進(jìn)行補(bǔ)償。通常在CCI和CCS引腳連接47nF的電容到地來(lái)補(bǔ)償電流回路，在CCV引腳連接電容與串聯(lián)電阻 - 電容并聯(lián)到地來(lái)補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)回路。

九、應(yīng)用信息

（一）VL、VH和REF旁路

MAX1873使用兩個(gè)內(nèi)部線性穩(wěn)壓器為內(nèi)部電路供電，VL和VH分別為內(nèi)部控制電路和MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器供電。需要在VL到地連接2.2μF的旁路電容、VH到DCIN連接0.22μF的電容以及REF到地連接1μF的旁路電容，以確保電路的穩(wěn)定性。

（二）充電鎳氫和鎳鎘電池

MAX1873可用于多化學(xué)體系充電器。當(dāng)為鎳氫或鎳鎘電池充電時(shí)，通過(guò)1.5kΩ的電阻將CCV引腳拉高（到VL），可禁用電壓控制回路，避免鋰離子電池調(diào)節(jié)電壓設(shè)置對(duì)充電的干擾。但電池欠壓保護(hù)功能仍然有效，當(dāng)VBATT低于電氣特性表中規(guī)定的水平時(shí)，充電電流會(huì)降低。不過(guò)，該器件本身不包含鎳電池的充電終止算法，需要單獨(dú)的微控制器或鎳電池充電控制器來(lái)指示終止充電。

綜上所述，MAX1873是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的鋰離子充電器控制器，在筆記本電腦、便攜式互聯(lián)網(wǎng)平板電腦、手持儀器等設(shè)備的電池充電管理中具有廣泛的應(yīng)用前景。工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件型號(hào)，正確設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，精心選擇外圍元件，以實(shí)現(xiàn)最佳的充電效果。你在使用MAX1873進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。