高效單節(jié)鋰離子脈沖充電器MAX1879的全面解析

引言

在便攜式設備的設計中，電池充電管理是至關重要的一環(huán)。一款高效、安全且簡單的充電器能夠顯著提升設備的性能和用戶體驗。今天，我們就來深入了解一下Maxim推出的單節(jié)鋰離子（Li+）電池充電器MAX1879。

文件下載：MAX1879.pdf

一、產品概述

MAX1879采用高效的脈沖充電架構，將開關模式充電器的效率與線性充電器的簡單性和低成本相結合。它只需搭配一個限流墻式適配器和一個PMOS晶體管，就能實現單節(jié)Li+電池的安全快速充電。該產品有以下顯著特點：

1. 簡單設計，減少發(fā)熱：整體設計簡潔，有效降低了功率損耗和發(fā)熱問題。
2. 低元件數量，無需電感：減少了電路板空間和成本。
3. 電池充滿指示：通過CHG引腳可以方便地指示電池的充電狀態(tài)。
4. 高精度電池調節(jié)：整體系統精度達到0.75%，能充分利用電池容量，且不影響電池循環(huán)壽命。
5. 多種安全保護：具備連續(xù)電壓和溫度監(jiān)測、預設充電超時、預充電電流模式等功能，保障充電安全。
6. 低電池電流消耗：當墻式適配器移除時，電池電流消耗最大僅為1.5μA。
7. 自動重啟充電：當電池電壓降至4.0V時，自動重啟充電。
8. 引腳兼容升級：可作為MAX1679的引腳兼容升級產品。

二、產品規(guī)格

1. 絕對最大額定值

• 電壓范圍：不同引腳的電壓范圍有所不同，如IN、CHG、GATE到GND為 -0.3V 至 +26V；BATT、TSEL、THERM、ADJ到GND為 -0.3V 至 +6V等。
• 功耗：在TA = +70°C時，8引腳μMAX封裝的連續(xù)功率耗散為330mW，高于 +70°C時需按4.1mW/°C降額。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，存儲溫度范圍為 -65°C 至 +150°C，焊接時引腳溫度10s內可達 +300°C。

2. 電氣特性

在不同條件下，MAX1879的各項電氣參數表現穩(wěn)定。例如，輸入電壓范圍在外部PMOS FET關閉時為4.4 - 22V；預充電源電流在VBATT = 2V時為5 - 12mA；電池調節(jié)電壓范圍為4.0 - 4.2V等。具體參數可參考文檔中的詳細表格。

三、引腳配置與功能

1. 引腳描述

2. 典型工作電路

典型工作電路包括限流交流墻式適配器、LED、PMOS FET、熱敏電阻等元件。通過合理連接這些元件，可實現MAX1879的正常工作。

四、充電過程詳解

1. 啟動充電循環(huán)

MAX1879可通過插入電池、接入外部電源或切換THERM引腳來啟動快速充電。在充電開始前，會驗證電池條件是否在安全范圍內，包括電池電壓大于2.5V且小于調節(jié)電壓（默認4.2V），以及電池溫度在 +2.5°C 至 +47.5°C 之間。若電池電壓低于2.5V，會先以8mA進行預充電，待電池電壓達到2.5V且滿足安全條件后，開始快速充電。

2. 快速充電

當電池條件滿足要求時，MAX1879通過拉低GATE引腳，開啟外部PMOS FET，實現快速充電。充電電流由外部電源的電流限制決定，PMOS FET僅作為開關，減少了功率損耗。采用滯回算法，通過采樣電池電壓來控制PMOS FET的開關，消除了因充電電流流經電池保護開關或熔絲鏈路的串聯電阻而產生的電池電壓傳感誤差。當開/關占空比降至1/8時，CHG LED熄滅，表示電池充電至約95%容量。

3. 脈沖頂部充電

在頂部充電階段，電流開始時以1/8的占空比開啟，隨著充電進行，“電流開啟”模式的時間百分比逐漸減少。最終，在單個“開啟”脈沖之間，電流會關閉多個周期。盡管瞬時電池電壓可能超過電池調節(jié)電壓，但由于脈沖持續(xù)時間遠小于鋰離子電池的固有化學時間常數，不會對電池造成損害。當充電定時器到期（約6.25小時）時，頂部充電完成。

4. 充電狀態(tài)指示

五、應用信息

1. 應用電路

MAX1879的應用電路非常簡單，僅需一個限流墻式適配器、一個PMOS FET、兩個小電容和一個10kΩ熱敏電阻/電阻。還可根據需要添加LED作為充電狀態(tài)指示器、電阻（RADJ）來調整最大充電電壓，以及反向電流保護二極管。

2. 電池調節(jié)電壓調整

通過在ADJ和GND之間連接一個電阻，可以簡單地降低電池的最大目標電壓。計算公式為：[R{ADJ}=frac{10kΩ}{frac{V{BR}}{V_{BR'}} - 1}]，其中VBR為默認電池調節(jié)電壓（4.2V），VBR'為調整后的電壓。使用1%公差的電阻在ADJ端只會使系統精度降低百分之幾。

3. 最小導通時間選擇

4. 外部元件選擇

• 電源：選擇具有電流限制的電源，通常為輸出電壓約5V或6V的小型“墻式適配器”開關轉換器。
• PMOS開關：選擇PMOS FET時，需考慮最小漏源擊穿電壓、最小開啟閾值電壓（VGS）、電流處理和功率耗散等規(guī)格。最小擊穿電壓（BVDS）應至少比墻式適配器的開路電壓高25%。
• 熱敏電阻：THERM引腳用于通過外部熱敏電阻抑制在電池過冷或過熱時的快速充電。熱敏電阻應在 +25°C 時為10kΩ，具有負溫度系數（NTC）。若不需要溫度判定，可將熱敏電阻替換為10kΩ電阻。
• 旁路電容：ADJ引腳需用2000pF陶瓷電容旁路，BATT引腳需用每安培充電電流至少1.5μF的電容旁路。在電池可移除的應用中，應避免使用超過100μF的電容，且總電容中至少0.47μF應為低ESR陶瓷電容。

5. 布局指南

MAX1879對布局的噪聲敏感度較低，由于在高電流脈沖期間和之間都對電池電壓進行傳感，系統對接地壓降不敏感。但建議建立良好的接地區(qū)域和大尺寸的高電流路徑走線。

六、總結

MAX1879是一款功能強大、設計簡單的單節(jié)鋰離子脈沖充電器，具有高效、安全、高精度等優(yōu)點。通過合理選擇外部元件和優(yōu)化布局，能夠滿足各種便攜式設備的充電需求。在實際設計中，電子工程師可以根據具體應用場景，靈活運用MAX1879的各項功能，實現可靠的電池充電管理。大家在使用MAX1879的過程中，有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。