MAX1667：化學(xué)無關(guān)的2級(jí)智能電池充電器

一、引言

在電子設(shè)備的發(fā)展中，電池充電技術(shù)至關(guān)重要。不同化學(xué)類型的電池需要合適的充電器來確保安全、高效地充電。MAX1667作為一款化學(xué)無關(guān)的2級(jí)智能電池充電器，為各種電池充電提供了優(yōu)秀的解決方案。本文將深入介紹MAX1667的特性、工作原理、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

MAX1667能夠?yàn)槿魏位瘜W(xué)類型的電池充電，如Li+、NiCd、NiMH、鉛酸等。它通過Intel系統(tǒng)管理總線（SMBus?）接口控制所有充電功能，可設(shè)置充電電壓和電流，并提供熱狀態(tài)信息。該充電器符合Duracell/Intel智能電池充電器規(guī)范，屬于2級(jí)充電器。

2.2 額外特性

除了2級(jí)充電器所需的功能外，MAX1667還能在充電器通電、電池安裝或移除時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)通知主機(jī)。同時(shí)，它提供額外的狀態(tài)位，讓主機(jī)檢查充電器輸入電壓是否足夠，以及電池的電壓或電流是否受到調(diào)節(jié)，使主機(jī)無需詢問電池就能確定鋰離子電池是否充電完成。

2.3 封裝形式

MAX1667采用20引腳SSOP封裝，高度僅2mm，適用于空間有限的應(yīng)用場(chǎng)景。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1667廣泛應(yīng)用于多種設(shè)備，包括筆記本電腦、充電器基站、個(gè)人數(shù)字助理和手機(jī)等。

四、產(chǎn)品特性

4.1 充電兼容性

可對(duì)任何化學(xué)類型的電池進(jìn)行充電，滿足不同設(shè)備對(duì)不同電池的需求。

4.2 接口與規(guī)范

具備SMBus 2線串行接口，符合Duracell/Intel智能電池充電器規(guī)范Rev. 1.0。

4.3 充電參數(shù)

• 提供4A、3A或1A（最大）的電池充電電流。
• 支持5位控制充電電流，11位控制電壓。
• 電池電壓最高可達(dá)18.4V，電壓精度為±1%。
• 輸入電壓最高可達(dá)+28V。

4.4 保護(hù)與效率

具備電池?zé)崦?a target="_blank">電阻故障安全保護(hù)功能，效率大于95%，采用同步整流技術(shù)。

五、電氣特性

5.1 電源與參考

• DCIN輸入電壓范圍為7.5 - 28V，靜態(tài)電流在7.5V < VDCIN < 28V時(shí)為4 - 6mA。
• VL輸出電壓在7.5V < VDCIN < 28V且無負(fù)載時(shí)為5.15 - 5.65V。
• REF輸出電壓在0 < ISOURCE < 500μA時(shí)為4.055 - 4.137V。

5.2 開關(guān)調(diào)節(jié)器

• 振蕩器頻率在非降壓模式下為200 - 300kHz。
• DHI最大占空比在降壓模式下為96.5 - 97.7%。
• DHI和DLO導(dǎo)通電阻在高或低電平時(shí)分別為4 - 7Ω和5 - 8Ω。

5.3 誤差放大器

GMV和GMI放大器的跨導(dǎo)分別為1.4mA/V和0.2mA/V，最大輸出電流分別為±80μA和±200μA。

5.4 觸發(fā)點(diǎn)與線性電流源

BATT POWER_FAIL閾值、熱敏電阻相關(guān)的觸發(fā)點(diǎn)等都有明確的參數(shù)規(guī)定。

5.5 邏輯電平

SDA、SCL輸入電壓低電平為0.5 - 0.8V，高電平為2.2V，輸入偏置電流為 - 1 - 1μA。

六、定時(shí)特性

SCL串行時(shí)鐘高、低周期分別為4μs和4.7μs，啟動(dòng)條件建立時(shí)間和保持時(shí)間分別為4.7μs和4μs等。

七、典型工作特性

7.1 負(fù)載瞬態(tài)

展示了在不同負(fù)載情況下，CCV、CCI、VBATT、ILOAD等參數(shù)的變化情況。

7.2 電壓調(diào)節(jié)

包括VL的線路調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)以及VREF的負(fù)載調(diào)節(jié)等特性。

7.3 效率與輸出特性

效率與負(fù)載電流、電池電壓的關(guān)系，以及輸出V - I特性等。

八、引腳描述

MAX1667的20個(gè)引腳各自具有特定的功能，如IOUT為線性電流源輸出，DCIN為充電器供電輸入等。

九、智能電池充電系統(tǒng)

9.1 系統(tǒng)組成

智能電池充電系統(tǒng)至少由智能電池和兼容Smart Battery System規(guī)范的智能電池充電器組成，使用Intel的系統(tǒng)管理總線（SMBus）進(jìn)行通信。

9.2 系統(tǒng)類型

• 單電池系統(tǒng)：常見于筆記本電腦、攝像機(jī)、手機(jī)等便攜式電子設(shè)備。
• 多電池系統(tǒng)：使用智能電池選擇器來連接或斷開電池與充電器或系統(tǒng)的連接。

9.3 充電器類型

分為2級(jí)和3級(jí)智能電池充電器，2級(jí)充電器作為SMBus從設(shè)備，響應(yīng)智能電池發(fā)送的充電電壓和電流消息，完全由智能電池負(fù)責(zé)發(fā)起通信和提供充電算法。

十、詳細(xì)描述

10.1 輸出特性

MAX1667包含電壓調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)路。當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時(shí)，電流調(diào)節(jié)環(huán)路起作用；當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，電壓調(diào)節(jié)環(huán)路接管。

10.2 模擬部分

由電流模式脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器和兩個(gè)跨導(dǎo)誤差放大器組成，分別用于調(diào)節(jié)電流和電壓。通過SMBus接口控制DAC來設(shè)置電流和電壓水平。

10.3 電壓控制

內(nèi)部GMV放大器控制輸出電壓，通過11位DAC設(shè)置電壓，電池電壓通過5:1電阻分壓器反饋到放大器。

10.4 電流控制

使用內(nèi)部7mA線性電流源和PWM調(diào)節(jié)器設(shè)置電池充電電流。當(dāng)電流設(shè)置在1 - 127mA時(shí)，線性電流源提供涓流充電；當(dāng)電流設(shè)置高于127mA時(shí)，由開關(guān)調(diào)節(jié)器提供充電電流。

10.5 PWM控制器

通過多輸入比較器控制電池電壓或電流，采用電流模式反饋和斜率補(bǔ)償確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

10.6 MOSFET驅(qū)動(dòng)

驅(qū)動(dòng)外部N溝道MOSFET來調(diào)節(jié)電池電壓或電流，使用電荷泵為高端MOSFET提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。

10.7 內(nèi)部調(diào)節(jié)器和參考

使用內(nèi)部低壓差線性調(diào)節(jié)器創(chuàng)建5.4V電源（VL），為內(nèi)部和外部電路供電。具備內(nèi)部4.096V參考電壓，確保電壓設(shè)置精度為±1%。

十一、數(shù)字部分

11.1 SMBus接口

MAX1667使用SMBus的讀寫字協(xié)議與電池和主機(jī)系統(tǒng)通信，作為從設(shè)備接收命令并響應(yīng)狀態(tài)信息查詢。

11.2 命令功能

• ChargerMode()：設(shè)置充電器模式，控制充電狀態(tài)。
• ChargingVoltage()：設(shè)置充電電壓，最大電壓為18.416V。
• ChargingCurrent()：設(shè)置充電電流，根據(jù)SEL引腳設(shè)置不同的最大電流。
• AlarmWarning()：設(shè)置報(bào)警抑制狀態(tài)位。
• ChargerStatus()：返回充電器狀態(tài)信息。

11.3 中斷與響應(yīng)

當(dāng)DCIN通電、電池狀態(tài)或電源故障狀態(tài)改變時(shí)觸發(fā)中斷，可通過ChargerStatus()命令或使用0x19 Alert - Response地址清除中斷。

十二、應(yīng)用信息

12.1 負(fù)輸入電壓保護(hù)

在大多數(shù)便攜式設(shè)備中，通過二極管D4防止負(fù)電壓損壞極化電容C6。

12.2 熱敏電阻特性

根據(jù)熱敏電阻的阻值判斷電池溫度狀態(tài)，如THERMISTOR_OR、THERMISTOR_COLD、THERMISTOR_HOT和THERMISTOR_UR等狀態(tài)位。

十三、PC板布局考慮

13.1 高功率組件布局

先放置高功率組件，如C1、C6、M1、M2、D1、L1和R1，使它們的接地相鄰，減少電流感測(cè)電阻的走線長度，確保準(zhǔn)確的電流感測(cè)。

13.2 IC和信號(hào)組件布局

將IC和信號(hào)組件放置在遠(yuǎn)離主開關(guān)節(jié)點(diǎn)的位置，保持柵極驅(qū)動(dòng)走線短，并靠近IC放置陶瓷旁路電容。

13.3 接地設(shè)計(jì)

采用單點(diǎn)星形接地，將輸入接地走線、電源接地和正常接地平面連接在電源輸出接地端子處。

十四、從MAX1647升級(jí)到MAX1667

MAX1667是MAX1647的引腳和軟件兼容升級(jí)版，在PWM占空比、內(nèi)部參考電壓、電壓DAC、線性電流源等方面有改進(jìn)。升級(jí)時(shí)需要進(jìn)行一些必要或推薦的更改，如將R1改為40mΩ等。

十五、總結(jié)

MAX1667作為一款化學(xué)無關(guān)的2級(jí)智能電池充電器，具有廣泛的應(yīng)用前景和優(yōu)秀的性能。它的多功能性、高精度和穩(wěn)定性使其成為各種電子設(shè)備電池充電的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇組件和進(jìn)行PC板布局，以確保充電器的性能和可靠性。你在使用MAX1667的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。