深入剖析MAX8677C：1.5A雙輸入USB/AC適配器充電器與智能電源選擇器

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計(jì)中，高效的電源管理和充電解決方案至關(guān)重要。MAX8677C作為一款集成的單節(jié)鋰離子充電器和智能電源選擇器，為便攜式設(shè)備提供了出色的電源管理功能。本文將深入探討MAX8677C的特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8677C集成了單節(jié)鋰離子充電器和智能電源選擇器功能，具備雙電源輸入（DC和USB）。它可以使用USB和AC適配器的獨(dú)立輸入，也可以使用一個(gè)同時(shí)接受兩者的單一輸入。所有用于充電和在電池與外部電源之間切換負(fù)載的電源開關(guān)都集成在芯片上，無需外部MOSFET。

主要特性

1. 完整的充電器和智能電源選擇器：無需外部MOSFET，支持通用或獨(dú)立的USB和適配器輸入。
2. 系統(tǒng)可在電池放電或無電池情況下工作：具備自動(dòng)適配器/USB/電池切換功能。
3. 電池支持負(fù)載峰值：當(dāng)負(fù)載峰值超過適配器額定值時(shí)，電池可提供額外電流。
4. 輸入過壓保護(hù)：高達(dá)16V的輸入過壓保護(hù)，確保設(shè)備安全。
5. 熱調(diào)節(jié)：防止過熱，通過降低電池充電率來保護(hù)芯片。
6. 多種指示功能：提供PREQ、CHG、DOK、UOK和FLT等指示信號(hào)。
7. 系統(tǒng)調(diào)節(jié)電壓：典型值為4.35V的SYS調(diào)節(jié)電壓。

應(yīng)用領(lǐng)域

MAX8677C適用于多種便攜式設(shè)備，如PDA、掌上電腦、無線手持設(shè)備、智能手機(jī)、便攜式媒體/MP3播放器、GPS導(dǎo)航和數(shù)碼相機(jī)等。

二、電氣特性

1. 直流到系統(tǒng)預(yù)調(diào)節(jié)器

• 工作范圍：DC工作范圍為4.1V至6.6V，具備欠壓和過壓閾值檢測(cè)。
• 電源電流：在不同條件下，DC電源電流在1mA至2mA之間，關(guān)機(jī)電流為195μA至333μA。
• 導(dǎo)通電阻：DC到SYS的導(dǎo)通電阻典型值為0.2Ω。
• 電流限制：DC電流限制可通過PSET電阻進(jìn)行設(shè)置，范圍從450mA到2200mA。

2. USB到系統(tǒng)預(yù)調(diào)節(jié)器

• 工作范圍：USB工作范圍為4.1V至6.6V，同樣具備欠壓和過壓閾值檢測(cè)。
• 電源電流：USB電源電流在1mA至2mA之間，關(guān)機(jī)電流為190μA至333μA。
• 導(dǎo)通電阻：USB到SYS的導(dǎo)通電阻典型值為0.2Ω。
• 電流限制：USB電流限制可通過PEN2和USUS進(jìn)行設(shè)置，分為100mA和500mA兩種模式。

3. 充電器

• 導(dǎo)通電阻：BAT到SYS的導(dǎo)通電阻典型值為0.04Ω。
• 調(diào)節(jié)電壓：BAT調(diào)節(jié)電壓在4.179V至4.221V之間，充電電流設(shè)置范圍為0.3A至1.5A。
• 充電閾值：電池充電閾值包括預(yù)充電閾值和再充電閾值，確保電池安全充電。

三、典型工作特性

1. 靜態(tài)電流與電壓關(guān)系

通過圖表展示了USB靜態(tài)電流與USB電壓在不同狀態(tài)下的關(guān)系，包括充電器禁用、暫停和啟用狀態(tài)。

2. 電池泄漏電流特性

分析了電池泄漏電流與溫度、電池電壓的關(guān)系，以及在USB連接和斷開情況下的不同表現(xiàn)。

3. 充電電流與電池電壓關(guān)系

展示了不同充電模式下（100mA USB、1ADC、500mA USB）充電電流與電池電壓的關(guān)系。

4. 系統(tǒng)輸出電壓特性

包括系統(tǒng)輸出電壓與USB電壓、SYS輸出電流、DC電壓的關(guān)系，以及VL輸出電壓與DC電壓、SYS輸出電流的關(guān)系。

5. 充電曲線

給出了1400mAh電池在不同輸入（適配器1A充電、USB 500mA充電）下的充電曲線，直觀展示了充電過程。

四、引腳描述

MAX8677C共有24個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有特定的功能：

1. PREQ：充電預(yù)合格輸出，低電平有效，指示充電器進(jìn)入預(yù)合格狀態(tài)。
2. DC：直流電源輸入，可提供高達(dá)2A的電流，支持AC適配器和USB輸入。
3. CEN：充電器使能輸入，低電平使能電池充電，高電平禁用。
4. PEN1：DC輸入限制控制，高電平時(shí)DC輸入電流限制為3000/RPSET。
5. PEN2：USB高低控制，設(shè)置DC或USB電流限制為100mA或500mA。
6. PSET：DC輸入電流限制設(shè)置，通過連接電阻到地來編程DC電流限制。
7. VL：邏輯LDO輸出，為芯片內(nèi)部電路和外部電路提供3.3V電源。
8. GND：接地引腳。
9. CT：充電定時(shí)器編程引腳，通過連接電容到地設(shè)置快速充電和預(yù)合格故障定時(shí)器。
10. ISET：充電電流設(shè)置輸入，通過連接電阻到地設(shè)置最大充電電流。
11. THM：熱敏電阻輸入，連接負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻監(jiān)測(cè)電池或系統(tǒng)溫度。
12. USUS：USB暫停輸入，控制USB和DC輸入的開關(guān)。
13. TSET：終止電流設(shè)置引腳，設(shè)置充電終止電流閾值。
14. USB：USB電源輸入，可提供高達(dá)0.5A的電流。
15. BAT：電池連接引腳，連接單節(jié)鋰離子電池。
16. CHG：充電器狀態(tài)輸出，低電平表示電池處于快速充電或預(yù)合格狀態(tài)。
17. SYS：系統(tǒng)電源輸出，通過內(nèi)部40mΩ系統(tǒng)負(fù)載開關(guān)連接到BAT。
18. DOK：DC電源OK輸出，低電平表示DC輸入有有效電源。
19. UOK：USB電源OK輸出，低電平表示USB輸入有有效電源。
20. FLT：故障輸出，低電平表示電池定時(shí)器在預(yù)合格或快速充電完成前到期。
21. EP：暴露焊盤，連接到地以提高散熱性能。

五、電路描述

1. 整體架構(gòu)

MAX8677C包含鋰離子電池充電器、功率MOSFET和控制電路，用于管理便攜式設(shè)備的電源流。充電器有兩個(gè)電源輸入（DC和USB），可分別連接到AC適配器輸出和USB端口，也可以使用一個(gè)單一的電源輸入。

2. 典型應(yīng)用電路

提供了兩種典型應(yīng)用電路：使用獨(dú)立DC和USB連接器的電路，以及使用Mini 5-style連接器或其他DC/USB通用連接器的電路。

3. 智能電源選擇器

智能電源選擇器可在外部輸入、電池和系統(tǒng)負(fù)載之間無縫分配電源：

• 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載需求小于輸入電流限制時(shí)，電池使用輸入的剩余功率進(jìn)行充電。
• 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載需求超過輸入電流限制時(shí)，電池為負(fù)載提供額外電流。
• 當(dāng)電池連接且無外部電源輸入時(shí)，系統(tǒng)由電池供電。
• 當(dāng)外部電源輸入連接且無電池時(shí)，系統(tǒng)由外部電源輸入供電。

4. 系統(tǒng)負(fù)載開關(guān)

內(nèi)部40mΩ MOSFET在DC或USB無電壓源時(shí)將SYS連接到BAT，當(dāng)檢測(cè)到外部源時(shí)，開關(guān)打開，SYS由有效輸入源供電。

5. 輸入限制器

輸入電壓限制器本質(zhì)上是一個(gè)LDO調(diào)節(jié)器，具有輸入電壓限制、過流保護(hù)、熱限制和自適應(yīng)電池充電等功能：

• 輸入電壓限制：當(dāng)輸入電壓超過過壓閾值時(shí)，進(jìn)入過壓鎖定（OVLO）狀態(tài)，保護(hù)芯片和下游電路。
• 輸入過流保護(hù)：限制DC和USB的電流，防止輸入過載。
• 熱限制：當(dāng)芯片溫度超過+100°C時(shí)，降低輸入限制器電流，優(yōu)先保證系統(tǒng)負(fù)載。
• 自適應(yīng)電池充電：當(dāng)充電器負(fù)載和系統(tǒng)負(fù)載超過輸入電流限制時(shí)，自適應(yīng)充電器控制回路降低充電電流，防止SYS電壓崩潰。

6. DC和USB連接及電流限制選項(xiàng)

輸入和充電器電流限制可通過PEN1、PEN2、PSET和ISET進(jìn)行設(shè)置，以適應(yīng)不同的輸入電源配置。

7. USB暫停

當(dāng)PEN1為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)USUS高電平可關(guān)閉充電、SYS輸出并將輸入電流降低到190μA，以適應(yīng)USB暫停模式。

8. 電源監(jiān)控輸出

DOK和UOK分別指示DC和USB輸入的有效電源狀態(tài)，可通過線或連接實(shí)現(xiàn)單一電源OK輸出。

9. 軟啟動(dòng)

為防止輸入瞬變，輸入電流和充電電流的變化率受到限制，充電電流在從預(yù)合格到快速充電、USB充電電流從100mA到500mA變化時(shí)也會(huì)進(jìn)行斜坡上升。

六、電池充電器

1. 充電狀態(tài)圖

電池充電器的狀態(tài)圖展示了充電過程的各個(gè)階段，包括預(yù)合格、快速充電、頂充和完成狀態(tài)。

2. 充電使能

CEN引腳控制充電器的開啟和關(guān)閉，低電平時(shí)充電器開啟，高電平時(shí)關(guān)閉，不影響SYS輸出。

3. 充電電流設(shè)置

ISET引腳通過連接電阻到地設(shè)置最大快速充電電流，同時(shí)也可用于監(jiān)測(cè)實(shí)際充電電流。

4. 充電終止

當(dāng)充電電流下降到終止閾值且充電器處于電壓模式時(shí)，充電完成，進(jìn)入頂充階段后停止充電。終止電流閾值可通過TSET引腳進(jìn)行設(shè)置。

5. 充電狀態(tài)輸出

CHG、PREQ和FLT分別指示充電狀態(tài)、預(yù)合格狀態(tài)和故障狀態(tài)，可通過連接上拉電阻或LED指示燈來顯示狀態(tài)。

6. 熱敏電阻輸入

THM引腳連接外部負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，用于監(jiān)測(cè)電池或系統(tǒng)溫度，當(dāng)溫度超出范圍時(shí)，充電暫停，溫度恢復(fù)正常后繼續(xù)充電。

七、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 功率耗散

確保MAX8677C產(chǎn)生的熱量能夠有效地散發(fā)到PCB上，通過將封裝的暴露焊盤焊接到PCB上，并使用多個(gè)緊密排列的過孔連接到接地平面，以實(shí)現(xiàn)最佳的熱接觸。

2. PCB布局和布線

良好的PCB設(shè)計(jì)可以減少接地反彈和電壓梯度，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)精度。具體要點(diǎn)包括：

• GND應(yīng)僅在一點(diǎn)連接到電源接地平面，以減少電源接地電流的影響。
• 電池接地應(yīng)直接連接到電源接地平面。
• 將GND直接連接到芯片下方的暴露焊盤，并使用多個(gè)緊密間隔的過孔連接到接地平面，以幫助芯片散熱。
• 將DC、SYS、BAT和USB的輸入電容盡可能靠近芯片放置到電源接地平面。
• 保持高電流走線（如DC、SYS和BAT）盡可能短而寬。

八、總結(jié)

MAX8677C是一款功能強(qiáng)大的單節(jié)鋰離子充電器和智能電源選擇器，具有多種特性和功能，適用于各種便攜式設(shè)備。電子工程師在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)充分理解其電氣特性、引腳功能和電路原理，合理進(jìn)行PCB布局和布線，以確保設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。同時(shí)，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，靈活調(diào)整充電電流、終止電流閾值等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的充電效果。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。