MAX77960B/MAX77961B：2S/3S鋰離子電池USB-C降壓-升壓充電器深度解析

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，高效穩(wěn)定的電池充電管理方案至關(guān)重要。 Maxim Integrated推出的MAX77960B/MAX77961B系列產(chǎn)品，為2S/3S鋰離子電池充電提供了優(yōu)秀的解決方案。本文將深入介紹該系列充電器的特點(diǎn)、應(yīng)用、工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能為電子工程師們在實(shí)際設(shè)計(jì)中提供參考。

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一、產(chǎn)品概述

MAX77960B和MAX77961B是高性能的寬輸入降壓 - 升壓充電器，分別支持3A（MAX77960B）和6A（MAX77961B）輸出電流。它們集成了Smart Power Selector?技術(shù)，無需額外電感即可作為反向降壓轉(zhuǎn)換器工作，支持USB OTG功能。

核心特性

• 寬輸入電壓范圍：支持3.5V到25.4V的輸入電壓，可承受30VDC，能適配多種電源。
• 高效率充電：2S電池在9VIN/7.4VOUT/1.5AOUT條件下，以及3S電池在15VIN/12.6VOUT/2AOUT條件下，均能實(shí)現(xiàn)高達(dá)97%的峰值效率。
• 靈活的電流編程：輸入電流和恒流充電電流均可編程，MAX77960B的輸入電流限制范圍為100mA至3.15A，充電電流為100mA至3A；MAX77961B的輸入電流限制范圍為100mA至6.3A，充電電流為100mA至6A。
• 全面的安全保護(hù)：具備充電安全定時(shí)器、熱調(diào)節(jié)、輸入過壓/欠壓保護(hù)、電池過流保護(hù)等多種安全特性，確保充電過程安全可靠。
• 多種工作模式：支持正向降壓 - 升壓充電和反向降壓（OTG）模式，能滿足不同應(yīng)用場景需求。

應(yīng)用領(lǐng)域

該系列充電器適用于多種電子設(shè)備，如USB Type - C供電的寬輸入充電應(yīng)用、2 - 3節(jié)電池供電的設(shè)備（包括智能手機(jī)、平板電腦、二合一筆記本電腦）、醫(yī)療設(shè)備、相機(jī)、手持計(jì)算機(jī)和終端、手持無線電、電動工具、無人機(jī)、備用電池和無線揚(yáng)聲器等。

二、芯片功能詳細(xì)剖析

充電配置靈活性

MAX77960B/MAX77961B具有高度的靈活性，既支持通過I2C接口進(jìn)行配置，也能通過電阻實(shí)現(xiàn)自主充電配置。通過CNFG引腳可配置開關(guān)頻率（600kHz或1.2MHz）和串聯(lián)電池的節(jié)數(shù)（2S或3S），方便工程師根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

智能電源選擇器（SPS）

這是該系列產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)，它通過內(nèi)部開關(guān)網(wǎng)絡(luò)和控制回路，實(shí)現(xiàn)能量在外部電源（CHGIN）、電池（BAT）和系統(tǒng)（SYS）之間的高效分配。在有有效外部電源時(shí)，優(yōu)先為系統(tǒng)供電，剩余能量用于充電；無外部電源時(shí)，電池為系統(tǒng)和OTG負(fù)載供電。這種設(shè)計(jì)確保了系統(tǒng)的即時(shí)啟動，即使電池深度放電或缺失也能正常工作。

充電狀態(tài)管理

該充電器具備多種充電狀態(tài)，包括預(yù)充電、涓流充電、快速充電 - 恒流、快速充電 - 恒壓、頂充和完成狀態(tài)等。每個(gè)狀態(tài)都有明確的電壓和電流閾值，以及相應(yīng)的時(shí)間限制，確保電池安全、快速地充滿電。同時(shí)，充電器還提供了充電狀態(tài)輸出（STAT）和輸入電源OK/OTG電源OK輸出（INOKB）等信號，方便用戶監(jiān)控充電狀態(tài)。

熱管理

為了防止芯片過熱，MAX77960B/MAX77961B采用了熱折返和熱關(guān)斷技術(shù)。當(dāng)芯片結(jié)溫超過設(shè)定閾值時(shí)，熱折返功能會自動降低充電電流，以減少功耗和發(fā)熱；當(dāng)結(jié)溫繼續(xù)升高達(dá)到熱關(guān)斷閾值時(shí)，充電器將自動關(guān)閉，保護(hù)芯片和電池安全。

反向降壓（OTG）模式

在OTG模式下，充電器可作為反向降壓轉(zhuǎn)換器，將電池能量輸送到CHGIN端，為外部設(shè)備供電。輸出電壓可調(diào)節(jié)至5.1V，輸出電流限制可編程，最大可達(dá)3A，滿足了設(shè)備的對外供電需求。

三、關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

絕對最大額定值

在設(shè)計(jì)過程中，必須嚴(yán)格遵守芯片的絕對最大額定值，如CHGIN到GND的電壓范圍為 - 0.3V至+30.0V，各引腳的電壓和電流限制等。超出這些限制可能會導(dǎo)致芯片永久性損壞。

電氣特性

芯片的電氣特性涵蓋了輸入電壓范圍、充電電流精度、熱關(guān)斷閾值等多個(gè)參數(shù)。工程師需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景，選擇合適的參數(shù)設(shè)置，確保充電器的性能和穩(wěn)定性。例如，在選擇充電電流時(shí)，需要考慮電源的輸出能力和電池的充電要求。

元件選擇

• 電感：電感的選擇對降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器的效率至關(guān)重要。根據(jù)開關(guān)頻率和最大標(biāo)稱CHGIN電壓，推薦選擇合適的電感值。一般來說，較低的電感DCR能提高效率，但需要權(quán)衡電感尺寸和成本。
• 電容：CHGIN電容和SYS電容用于降低輸入電流峰值和輸出電壓紋波，提高轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。推薦使用X5R或X7R介質(zhì)的陶瓷電容，根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的電容值和額定電壓。

PCB布局

合理的PCB布局對于降低開關(guān)功率損耗和確保穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。布局時(shí)應(yīng)遵循以下原則：

• 將CHGIN電容和SYS電容靠近芯片引腳放置，減小寄生電感。
• 電感應(yīng)靠近LX引腳，且連接走線應(yīng)短而寬，減少PCB阻抗。
• 對稱布線CSINP和CSINN引腳，提高CHGIN電流感應(yīng)精度。
• 確保電源走線和負(fù)載連接短而寬，提高轉(zhuǎn)換效率。

四、典型應(yīng)用電路

文檔中提供了三種典型應(yīng)用電路，包括寬輸入I2C可編程充電器、寬輸入I2C可編程充電器（充電器禁用）和寬輸入自主充電器。這些電路為工程師提供了不同應(yīng)用場景下的設(shè)計(jì)參考，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇和修改。

五、總結(jié)

MAX77960B/MAX77961B系列充電器以其高性能、高集成度和靈活性，為2S/3S鋰離子電池的充電管理提供了優(yōu)秀的解決方案。其智能電源選擇器、熱管理和OTG功能等特性，使其適用于多種電子設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要充分了解芯片的參數(shù)和特性，合理選擇元件和進(jìn)行PCB布局，以確保充電器的性能和穩(wěn)定性。

大家在使用MAX77960B/MAX77961B過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。