MAX8903A–E/G/H/J/N/Y：高效的單節(jié)鋰電池充電器

在電子設備的電源管理領域，一款出色的充電器對于設備的性能和穩(wěn)定性起著至關重要的作用。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX8903A–E/G/H/J/N/Y系列，這是一款專為單節(jié)鋰電池設計的2A DC - DC充電器，適用于USB和適配器電源。

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產(chǎn)品概述

MAX8903A - 系列集成了單節(jié)鋰電池充電器和智能電源選擇器，具備雙電源輸入（AC適配器和USB）。其開關模式充電器采用高開關頻率，有效消除了熱量問題，同時允許使用微小的外部組件。該系列產(chǎn)品內部集成了用于充電以及在電池和外部電源之間切換負載的所有電源開關，無需外部MOSFET、阻塞二極管或電流檢測電阻。

產(chǎn)品特性

高效散熱與小尺寸設計

• 高效DC - DC轉換器：采用高效的DC - DC轉換器，能夠有效消除熱量，提高充電器的工作效率。
• 4MHz開關頻率：高達4MHz的開關頻率，使得外部組件可以設計得非常微小，節(jié)省了電路板空間。

即時啟動與多模式支持

• 即時啟動功能：即使電池電量極低或無電量，也能實現(xiàn)即時啟動，確保設備的正常運行。
• 雙電流限制輸入：支持AC適配器和USB兩種輸入方式，并且具備雙電流限制功能，可根據(jù)不同的輸入源進行靈活調整。
• 自動切換功能：能夠自動在適配器、USB和電池之間進行切換，以支持負載瞬變，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

智能電源控制與安全保護

• 優(yōu)化的智能電源控制：能夠充分利用有限的USB或適配器電源，獨立設置電池充電電流和SYS輸出電流限制。當系統(tǒng)不需要使用全部功率時，多余的功率將用于給電池充電。
• 多重安全保護：具備過壓保護、熱限制、充電狀態(tài)和故障輸出、電源正常監(jiān)測以及電池熱敏電阻監(jiān)測等功能，確保充電器和電池的安全。

電氣特性

輸入電壓范圍

• DC輸入：工作電壓范圍為4.15V至16V，具備高達20V的保護能力。不同的輸入條件下，DC的欠壓和過壓閾值會有所不同，例如在無有效USB輸入時，DC欠壓閾值典型值為4.0V；在有有效USB輸入時，該值為4.3V。
• USB輸入：工作電壓范圍為4.1V至6.3V，具備高達8V的保護能力。USB過壓閾值典型值為6.9V。

電流限制與輸出特性

• 充電電流設置：通過連接電阻到ISET引腳，可以將快速充電電流設置高達2A，預充電電流為快速充電電流的10%。
• 輸出電流限制：DC降壓輸出電流限制可在0.5A至2A之間進行調節(jié)，USB輸入電流可設置為100mA或500mA。
• SYS輸出特性：不同版本的MAX8903_，其最小SYS調節(jié)電壓和調節(jié)電壓有所差異。例如，MAX8903A/B/E/G/Y的最小SYS調節(jié)電壓為3.0V，而MAX8903C/D/H/J/N為3.4V。

電池充電特性

• 電池調節(jié)電壓：不同版本的MAX8903_，其電池調節(jié)電壓也有所不同。如MAX8903A/B/C/G/H在常溫下的電池調節(jié)電壓典型值為4.2V，而MAX8903D/E為4.1V。
• 充電模式與終止條件：當電池電壓低于預充電閾值時，充電器進入預充電模式，以10%的最大快速充電速率進行充電；當電池電壓達到調節(jié)電壓且充電電流降至最大快速充電電流的10%時，充電器進入完成狀態(tài)。充電完成后，還會進行15s的頂部充電。

其他特性

• 熱敏電阻監(jiān)測：通過連接負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻到THM引腳，可監(jiān)測電池或系統(tǒng)溫度。當溫度超出范圍時，充電將暫停，充電定時器也會暫停。
• 充電定時器：預充電和快速充電定時器由CT引腳的電容控制。例如，當CCT = 0.15μF時，預充電時間為33分鐘，快速充電時間為660分鐘。在快速充電模式下，如果充電電流下降到編程快速充電水平的50%以下，快速充電定時器會減慢2倍；如果下降到20%以下，定時器會暫停。

應用電路與設計要點

典型應用電路

MAX8903_有兩種典型應用電路，一種使用單獨的DC和USB連接器，另一種使用Mini 5風格連接器或其他DC/USB通用連接器。這兩種電路都包含了輸入濾波電容、VL濾波電容、SYS輸出旁路電容、電池旁路電容、充電器定時電容等外部組件。

外部組件選擇

• 電容選擇：輸入濾波電容（CDC、CUSB）建議使用4.7μF陶瓷電容；VL濾波電容（CVL）使用1.0μF陶瓷電容；SYS輸出旁路電容（CSYS）根據(jù)不同版本的MAX8903_，分別選擇10μF（MAX8903A/C/D/H/J）或22μF（MAX8903B/E/G/Y）陶瓷電容；電池旁路電容（CBAT）使用10μF陶瓷電容；充電器定時電容（CCT）使用0.15μF低TC陶瓷電容。
• 電阻選擇：邏輯輸出上拉電阻（RPU）使用4個100kΩ電阻；THM上拉電阻（RT）使用10kΩ電阻；DC輸入電流限制編程電阻（RIDC）根據(jù)所需的電流限制進行選擇，例如對于2A限制，可選擇3kΩ±1%的電阻；快速充電電流編程電阻（RISET）同樣根據(jù)所需的充電電流進行選擇，如對于1A充電，可選擇1.2kΩ±1%的電阻。
• 電感選擇：DC輸入降壓電感（L1）的選擇需要考慮輸入電壓范圍、開關頻率和輸出電流限制等因素。不同的輸入電壓和電流限制條件下，推薦的電感值和型號也不同。例如，對于5V±10%輸入、2A輸出電流限制的MAX8903H/J/N/Y，推薦使用1.0μH的電感，如Vishay的IFSC1008ABER1R0M01或Murata的LQH32PN1R0 - NN0。

PCB布局與布線

• 接地設計：良好的PCB布局和布線對于充電器的性能至關重要。GND和PG應僅在一點連接到電源接地平面，以最小化電源接地電流的影響。電池接地應直接連接到電源接地平面。
• 電阻連接：ISET和IDC電流設置電阻應直接連接到GND，以避免電流誤差。
• 散熱設計：將GND直接連接到IC下方的暴露焊盤，并使用多個緊密間隔的過孔連接到接地平面，有助于IC的散熱。
• 電容位置：將DC、SYS、BAT和USB的輸入電容盡可能靠近IC放置，并保持連接到DC、SYS和BAT的高電流走線短而寬。

不同版本差異

MAX8903_系列有多種版本可供選擇，它們在基本架構和功能上相同，但在某些電氣和操作參數(shù)上存在差異，具體如下表所示：

總結

MAX8903A–E/G/H/J/N/Y系列充電器以其高效、小巧和智能的特點，為單節(jié)鋰電池充電提供了出色的解決方案。在設計過程中，我們需要根據(jù)具體的應用需求選擇合適的版本，并注意外部組件的選擇和PCB布局布線，以確保充電器的性能和穩(wěn)定性。各位工程師在實際應用中是否遇到過類似產(chǎn)品在電源管理方面的挑戰(zhàn)呢？又有哪些獨特的解決方法呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。