MAX1501：高度集成的便攜式應(yīng)用電池充電器

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電管理是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。今天要和大家分享一款來(lái)自Maxim Integrated的高度集成的線性電池充電器——MAX1501，它專(zhuān)為便攜式應(yīng)用而設(shè)計(jì)，具備熱調(diào)節(jié)功能，能為我們的設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多便利。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1501是一款智能的恒流恒壓（CCCV）、溫度調(diào)節(jié)電池充電器，可對(duì)單節(jié)鋰離子（Li+）電池或三節(jié)鎳氫/鎳鎘（NiMH/NiCd）電池進(jìn)行充電。它集成了電流檢測(cè)電阻、PMOS傳輸元件和熱調(diào)節(jié)電路，同時(shí)省去了反向阻斷肖特基二極管，為手持設(shè)備提供了最簡(jiǎn)單的充電解決方案。

該器件接受4.5V至13V的電源輸入，但當(dāng)輸入電壓超過(guò)6.5V時(shí)會(huì)禁用充電功能，以防止過(guò)度功耗。它的工作溫度范圍為-40°C至+85°C，并采用了緊湊的16引腳、熱增強(qiáng)型5mm x 5mm薄型QFN封裝，外形高度僅0.8mm。

二、主要特性

2.1 充電模式靈活

• 支持單節(jié)Li+電池的獨(dú)立充電，以及通過(guò)微處理器控制的三節(jié)NiMH/NiCd電池充電。
• 無(wú)需外部FET、反向阻斷二極管或電流檢測(cè)電阻，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

2.2 可編程參數(shù)豐富

• 可編程的快速充電電流高達(dá)1.4A（最大值），滿足不同充電需求。
• 提供+95°C、+115°C和+135°C三種可編程的管芯溫度調(diào)節(jié)控制，有效保護(hù)芯片。
• 輸入電壓范圍為4.5V至13V，具備輸入過(guò)壓（OVLO）保護(hù)（超過(guò)6.5V時(shí)起作用）。
• 可編程的頂充電流閾值為快速充電電流的10%、20%或30%。

2.3 其他實(shí)用特性

• 充電電流監(jiān)測(cè)功能，可用于電量計(jì)量。
• 可編程的安全定時(shí)器（MAX1501型號(hào)，可選3、4.5或6小時(shí)）。
• 輸入電源檢測(cè)輸出（ACOK）和充電使能輸入（CHGEN）。
• 具備自動(dòng)重新充電功能。
• 數(shù)字軟啟動(dòng)限制浪涌電流。
• 提供充電狀態(tài)輸出，可用于連接LED或與微處理器接口。

三、電氣特性

3.1 輸入輸出電壓

• IN、INP輸入電壓范圍為0至13V，輸入工作范圍為4.50至6.25V。
• VL輸出電壓在4.5V ≤ VIN ≤ 6.25V且IVL < 250μA時(shí)，范圍為2.7至3.3V。

3.2 各種閾值和電流特性

• ACOK跳閘點(diǎn)：VIN - VBATT上升時(shí)為40至100mV，下降時(shí)為30至85mV，具有15mV的滯回。
• 欠壓鎖定跳閘點(diǎn)：VIN下降時(shí)為3.9至4.1V，過(guò)壓鎖定跳閘點(diǎn)：VIN上升時(shí)為6.25至6.75V。
• IN輸入電流在不同模式下有所不同，如在Li+、NiMH/NiCd和無(wú)電池模式下最大為8mA。
• RMS充電電流最大可達(dá)1.4A。

3.3 電池調(diào)節(jié)電壓

• Li+模式下，SELV = VL時(shí)為4.166至4.234V，SELV = GND時(shí)為4.067至4.133V。
• NiMH/NiCd模式下，SELV = VL且VIN = VINP = 6V時(shí)為4.85至5.05V，SELV = GND時(shí)為4.4至4.6V。

四、工作模式

4.1 Li+充電模式

將CHGEN和MODE連接到GND，可使MAX1501進(jìn)入Li+充電模式。此模式下，充電器由電壓控制環(huán)、電流控制環(huán)和熱控制環(huán)組成。通過(guò)連接SELV到GND或VL，可將Li+電池電壓分別設(shè)置為4.1V或4.2V。

充電開(kāi)始時(shí)，先以用戶編程的快速充電電流的10%對(duì)Li+電池進(jìn)行預(yù)充電。當(dāng)電池電壓達(dá)到2.8V時(shí)，采用軟啟動(dòng)算法將充電電流逐步提升至快速充電電流。當(dāng)BATT電壓達(dá)到所選的調(diào)節(jié)電壓時(shí)，進(jìn)入恒壓模式并減小充電電流。

4.2 NiMH/NiCd充電模式

將MODE連接到VL，可使MAX1501進(jìn)入NiMH/NiCd充電模式。該模式僅使用電流和電壓控制環(huán)，適用于涓流或基于定時(shí)器的充電器。充電開(kāi)始時(shí)，同樣以用戶編程的充電電流的10%進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)VBATT超過(guò)2.8V時(shí)開(kāi)始快速充電。當(dāng)VBATT達(dá)到4.5V時(shí)，進(jìn)入電壓模式并減小充電電流。

4.3 無(wú)電池模式

將CHGEN和MODE連接到VL，可使MAX1501進(jìn)入無(wú)電池模式。在此模式下，外部負(fù)載可連接到BATT，VBATT將調(diào)節(jié)至4V，無(wú)論SELV的狀態(tài)如何。電流控制環(huán)、電壓控制環(huán)和熱控制環(huán)在無(wú)電池模式下均正常工作。

五、參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

5.1 充電電流選擇

通過(guò)在SETI和GND之間連接一個(gè)外部電阻來(lái)編程充電電流，計(jì)算公式為：(R{SETI }=1000 × frac{1.4 V}{I{BATT }})。同時(shí)，可通過(guò)監(jiān)測(cè)VSETI來(lái)測(cè)量充電電流，公式為：(V{SETI }=frac{I{BATT }}{1000} × R_{SETI })。

5.2 熱調(diào)節(jié)選擇

使用TEMP三電平邏輯輸入設(shè)置MAX1501的調(diào)節(jié)管芯溫度。將TEMP連接到GND可將管芯溫度調(diào)節(jié)至+95°C，浮空時(shí)為+115°C，連接到VL時(shí)為+135°C。

5.3 頂充電流選擇

使用FULLI三電平邏輯輸入設(shè)置Li+和NiMH/NiCd充電模式下的頂充電流閾值。將FULLI連接到GND、VL或浮空，可分別將頂充電流閾值設(shè)置為快速充電電流的10%、20%或30%。

5.4 充電定時(shí)器選擇（僅MAX1501）

使用TMAX三電平邏輯輸入設(shè)置最大充電時(shí)間。將TMAX連接到GND、浮空或連接到VL，可分別將最大充電時(shí)間設(shè)置為3小時(shí)、4.5小時(shí)或6小時(shí)。

5.5 電容選擇

• 在BATT和GND之間連接一個(gè)10μF的X5R陶瓷電容，以確保穩(wěn)定性。
• 將IN和INP連接在一起，并通過(guò)一個(gè)1μF的陶瓷電容旁路到GND。對(duì)于高輸入電壓或高充電電流的情況，可使用更大的輸入旁路電容以減少電源噪聲。

5.6 熱考慮

MAX1501采用了熱增強(qiáng)型薄型QFN封裝，帶有外露散熱焊盤(pán)。將外露散熱焊盤(pán)連接到大型銅接地平面，可提供器件與電路板之間的熱接觸，將熱量從器件轉(zhuǎn)移出去，從而在最大化充電電流的同時(shí)，最小化管芯溫度的升高。

六、應(yīng)用電路

文檔中給出了多種應(yīng)用電路示例，包括：

• 獨(dú)立Li+電池充電器：通過(guò)連接SETI的2.8kΩ電阻設(shè)置充電電流為500mA。
• 基于微處理器的Li+電池充電器：通過(guò)驅(qū)動(dòng)CHGEN來(lái)控制充電，使用100kΩ上拉電阻從ACOK連接到微處理器的邏輯電源電壓，以檢測(cè)輸入電源的存在。
• 獨(dú)立或基于微處理器的NiMH/NiCd電池充電器：通過(guò)連接SELV來(lái)設(shè)置充電終止電壓或調(diào)節(jié)電壓。
• 基于微處理器的單節(jié)Li+或三節(jié)NiMH/NiCd充電器：通過(guò)MODE和CHGEN的狀態(tài)設(shè)置工作模式。
• 帶有輸入過(guò)壓保護(hù)的精確電流限制低壓差線性穩(wěn)壓器（無(wú)電池模式）：將MODE連接到VL啟用線性穩(wěn)壓器，連接到GND則使器件進(jìn)入 shutdown狀態(tài)，RSETI設(shè)置最大輸出電流。

七、布局和旁路

在電路板布局時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

• 將IN和INP盡可能靠近器件連接在一起，并通過(guò)1μF陶瓷電容旁路。
• 將BATT通過(guò)10μF陶瓷電容旁路到GND。
• 提供大型銅接地平面，使外露散熱焊盤(pán)能夠?qū)崃繌钠骷l(fā)出去。
• 將電池盡可能靠近器件連接到BATT，以提供最準(zhǔn)確的電池電壓檢測(cè)。
• 使所有大電流走線短而寬，以最小化電壓降。

總的來(lái)說(shuō)，MAX1501是一款功能強(qiáng)大、集成度高的電池充電器，能夠滿足多種便攜式應(yīng)用的需求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景，合理選擇參數(shù)和進(jìn)行電路板布局，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在使用過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。