MAX1870A：高效的升降壓鋰電池充電器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，電池充電管理至關(guān)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。

文件下載：MAX1870A.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1870A是一款高度集成的升降壓多化學(xué)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(jìn)行充電。其采用的專有升降壓控制方案，實(shí)現(xiàn)了高效充電，并且所需的外部組件數(shù)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(chǎn)品優(yōu)勢與特點(diǎn)

2.1 靈活的輸入電壓范圍

• 支持8V - 28V的輸入電壓，能與經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的交流適配器配合使用。
• 采用升降壓控制方案，適應(yīng)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(dá)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(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

• 可編程的最大電池充電電流，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)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(shè)計(jì)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(shí)節(jié)省了空間。

三、電氣特性

3.1 充電電壓調(diào)節(jié)

VCTL范圍為0 - 3.6V，不同的VCTL設(shè)置和電池節(jié)數(shù)組合下，電池調(diào)節(jié)電壓精度有所不同。例如，當(dāng)VVCTL = VLDO（2節(jié)電池）時(shí)，精度為 -0.5% - +0.5%。

3.2 充電電流調(diào)節(jié)

ICTL范圍為0 - 3.6V，不同的ICTL設(shè)置對應(yīng)不同的充電電流精度。如VICTL = VREFIN時(shí)，快速充電電流精度在67 - 79mV之間。

3.3 輸入電流調(diào)節(jié)

通過CLS輸入設(shè)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(yīng)的范圍。例如，CLS = REF時(shí)，充電器輸入電流限制精度為97 - 113mV。

四、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了兩種典型應(yīng)用電路，分別是μC控制的典型應(yīng)用電路和獨(dú)立典型應(yīng)用電路。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的電路。

五、詳細(xì)工作原理

5.1 充電電壓設(shè)置

通過向VCTL施加電壓來調(diào)整電池單元電壓限制。VCTL的電壓范圍為0 - VREFIN，可實(shí)現(xiàn)電池單元電壓10%的調(diào)整。當(dāng)使用±1%的電阻來分壓參考電壓以建立VCTL時(shí)，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(jì)算，其中(N_{CELLS})是由CELLS選擇的電池節(jié)數(shù)。

5.2 充電電流設(shè)置

使用ICTL和連接在CSIP和CSIN之間的電流感測電阻RS2來設(shè)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(dāng)輸入電流超過輸入電流限制設(shè)定點(diǎn)時(shí)，充電電流會(huì)相應(yīng)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(fù)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(gè)輸入電流監(jiān)測輸出IINP，它是系統(tǒng)負(fù)載電流加上輸入?yún)⒖汲潆婋娏鞯陌幢壤s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(jì)算。

5.5 LDO調(diào)節(jié)器

LDO提供一個(gè)5.4V的電源，由DCIN供電。低側(cè)MOSFET驅(qū)動(dòng)器由DLOV供電，DLOV必須連接到LDO。LDO還為4.096V參考（REF）和大多數(shù)內(nèi)部控制電路供電。

5.6 AC適配器檢測

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

5.7 關(guān)機(jī)

當(dāng)AC適配器移除時(shí)，MAX1870A進(jìn)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?qū)CTL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(gè)低側(cè)n溝道MOSFET和一個(gè)高側(cè)p溝道MOSFET，以在輸入電壓高于、接近和低于輸出電壓時(shí)實(shí)現(xiàn)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(bǔ)償設(shè)計(jì)

6.1 電壓環(huán)路補(bǔ)償

在調(diào)節(jié)充電電壓時(shí)，MAX1870A表現(xiàn)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(gè)10kΩ電阻和一個(gè)0.01μF電容來補(bǔ)償電壓調(diào)節(jié)環(huán)路。

6.2 充電電流和交流適配器電流環(huán)路補(bǔ)償

當(dāng)MAX1870A調(diào)節(jié)充電電流或交流適配器電流時(shí)，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(bǔ)償充電電流環(huán)路和源電流環(huán)路。

七、應(yīng)用信息

7.1 組件選擇

• MOSFET：需要一個(gè)p溝道MOSFET和一個(gè)n溝道MOSFET，選擇時(shí)要考慮導(dǎo)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(shè)置為0.3，根據(jù)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(guān)電流引起的紋波電流要求，優(yōu)先選擇非鉭化學(xué)物質(zhì)（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(shí)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(shí)現(xiàn)指定的噪聲、效率和穩(wěn)定性能至關(guān)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(diǎn)星形接地等。

八、總結(jié)

MAX1870A升降壓鋰電池充電器以其高效、靈活和高精度的特點(diǎn)，為電子設(shè)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(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇組件和進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮MAX1870A的性能優(yōu)勢。你在使用MAX1870A進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。