MAX1870A：高效的升降壓鋰電池充電器

在當今的電子設備中，電池充電管理至關重要。MAX1870A作為一款高性能的升降壓鋰電池充電器，為工程師們提供了出色的解決方案。下面，我們就來深入了解一下這款充電器。

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一、產品概述

MAX1870A是一款高度集成的升降壓多化學電池充電器，它能夠在電池電壓高于或低于適配器電壓的情況下進行充電。其采用的專有升降壓控制方案，實現了高效充電，并且所需的外部組件數量最少。該充電器能夠精確地為2 - 4節(jié)鋰離子（Li+）串聯(lián)電池充電，充電電流大于4A。

二、產品優(yōu)勢與特點

2.1 靈活的輸入電壓范圍

• 支持8V - 28V的輸入電壓，能與經濟實惠的交流適配器配合使用。
• 采用升降壓控制方案，適應不同的電池和適配器電壓情況。

  2.2 高精度充電

• 可精確為Li+或NiCd/NiMH電池充電，電池電壓范圍為0V - 17.6V。
• 充電電壓精度達到±0.5%，充電電流精度為±9%，輸入電流限制精度為±8%。

  2.3 可調節(jié)設計

• 可編程的最大電池充電電流，可根據實際需求進行調整。
• 模擬輸入可控制充電電流、充電電壓和輸入電流限制，增加了設計的靈活性和安全性。

  2.4 節(jié)省空間的封裝

  采用32引腳薄型QFN（5mm x 5mm）封裝，在支持升降壓操作的同時節(jié)省了空間。

三、電氣特性

3.1 充電電壓調節(jié)

VCTL范圍為0 - 3.6V，不同的VCTL設置和電池節(jié)數組合下，電池調節(jié)電壓精度有所不同。例如，當VVCTL = VLDO（2節(jié)電池）時，精度為 -0.5% - +0.5%。

3.2 充電電流調節(jié)

ICTL范圍為0 - 3.6V，不同的ICTL設置對應不同的充電電流精度。如VICTL = VREFIN時，快速充電電流精度在67 - 79mV之間。

3.3 輸入電流調節(jié)

通過CLS輸入設置輸入電流限制，充電器輸入電流限制精度和系統(tǒng)輸入電流限制精度在不同條件下有相應的范圍。例如，CLS = REF時，充電器輸入電流限制精度為97 - 113mV。

四、典型應用電路

文檔中給出了兩種典型應用電路，分別是μC控制的典型應用電路和獨立典型應用電路。在實際設計中，工程師可以根據具體需求選擇合適的電路。

五、詳細工作原理

5.1 充電電壓設置

通過向VCTL施加電壓來調整電池單元電壓限制。VCTL的電壓范圍為0 - VREFIN，可實現電池單元電壓10%的調整。當使用±1%的電阻來分壓參考電壓以建立VCTL時，充電電壓的整體精度優(yōu)于±1%。電池電壓可通過公式[V{BATT }=N{CELLS } timesleft(4 V+0.4 V × frac{V{VCTL }}{V{REFIN }}right)]計算，其中(N_{CELLS})是由CELLS選擇的電池節(jié)數。

5.2 充電電流設置

使用ICTL和連接在CSIP和CSIN之間的電流感測電阻RS2來設置最大充電電流。電流閾值由VICTL / VREFIN的比值確定，電池充電電流可通過公式[ICHG=frac{V{CSIT }}{RS{2}} × frac{V{ICTL}}{V{REFIN }}]編程，其中VCSIT是滿量程充電電流感測閾值，典型值為73mV。

5.3 輸入電流限制

MAX1870A通過減少充電電流來限制交流適配器的電流，當輸入電流超過輸入電流限制設定點時，充電電流會相應減少。輸入源電流是MAX1870A靜態(tài)電流、充電器輸入電流和系統(tǒng)負載電流的總和。通過控制輸入電流，可以降低交流適配器的電流要求，從而減小系統(tǒng)尺寸和成本。

5.4 輸入電流測量

MAX1870A包含一個輸入電流監(jiān)測輸出IINP，它是系統(tǒng)負載電流加上輸入參考充電電流的按比例縮小的副本。IINP的輸出電壓范圍為0 - 3.5V，其電壓與輸出電流成正比，可通過公式[V{IINP }=I{ADAPTER } × RS 1{x} G{I I N} P × R 7]計算。

5.5 LDO調節(jié)器

LDO提供一個5.4V的電源，由DCIN供電。低側MOSFET驅動器由DLOV供電，DLOV必須連接到LDO。LDO還為4.096V參考（REF）和大多數內部控制電路供電。

5.6 AC適配器檢測

MAX1870A包含一個邏輯輸出ASNS，用于指示AC適配器的存在。當系統(tǒng)負載電流超過1.5A（對于30mΩ感測電阻和10kΩ電阻從IINP到GND）時，ASNS邏輯輸出拉高。

5.7 關機

當AC適配器移除時，MAX1870A進入低功耗狀態(tài)，通常通過CSIP、CSIN、BLKP和BATT輸入從電池消耗的電流小于1μA。此外，也可以通過將SHDN拉低至VREFIN的23.5%以下或將ICTL拉低至VREFIN / 100以下來禁止充電。

5.8 升降壓DC - DC控制器

MAX1870A是一款升降壓DC - DC控制器，它控制一個低側n溝道MOSFET和一個高側p溝道MOSFET，以在輸入電壓高于、接近和低于輸出電壓時實現恒定輸出電壓。其專有算法具有諸多優(yōu)勢，如最小化電感電流要求、允許使用更小的電感、降低MOSFET、電感和感測電阻中的I2R損耗等。

六、補償設計

6.1 電壓環(huán)路補償

在調節(jié)充電電壓時，MAX1870A表現為電流模式的降壓或升壓電源。通過在CCV到GND之間連接一個10kΩ電阻和一個0.01μF電容來補償電壓調節(jié)環(huán)路。

6.2 充電電流和交流適配器電流環(huán)路補償

當MAX1870A調節(jié)充電電流或交流適配器電流時，系統(tǒng)穩(wěn)定性不依賴于輸出電容。通過在CCI到GND和CCS到GND之間分別連接0.01μF電容來補償充電電流環(huán)路和源電流環(huán)路。

七、應用信息

7.1 組件選擇

• MOSFET：需要一個p溝道MOSFET和一個n溝道MOSFET，選擇時要考慮導通電阻、柵極電荷、電壓、電流和功率耗散額定值等因素。
• 電感：選擇電感以最小化MOSFET、電感和感測電阻中的功率耗散，將電感電流紋波（LIR）設置為0.3，根據公式[L=frac{2 × V{I N} × t{min }}{LIRI_{CHG}}]選擇電感值。
• 輸入電容：輸入電容要滿足開關電流引起的紋波電流要求，優(yōu)先選擇非鉭化學物質（陶瓷、鋁或OS - CON），電容的紋波電流額定值要高于0.5 x ICHG。
• 輸出電容：輸出電容要吸收降壓模式下的電感紋波電流，或升壓或混合模式下等于電感電流的峰 - 峰紋波電流。選擇能夠處理0.5 x ICHG x VBATT / (V_{IN })的電容，同時保持電容溫度上升小于10°C。

  7.2 布局和旁路

  良好的PCB布局對于實現指定的噪聲、效率和穩(wěn)定性能至關重要。要遵循一些布局原則，如最小化電流感測電阻的走線長度、使用單點星形接地等。

八、總結

MAX1870A升降壓鋰電池充電器以其高效、靈活和高精度的特點，為電子設備的電池充電管理提供了優(yōu)秀的解決方案。工程師們在設計過程中，需要根據具體的應用需求，合理選擇組件和進行布局設計，以充分發(fā)揮MAX1870A的性能優(yōu)勢。你在使用MAX1870A進行設計時，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。