MAX17702：4.5V 至 60V 同步降壓鉛酸電池充電器控制器深度解析

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，鉛酸電池充電器控制器扮演著至關(guān)重要的角色。今天，我們要深入探討的是 Analog Devices 推出的 MAX17702，一款高性能的 4.5V 至 60V 同步降壓鉛酸電池充電器控制器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX17702 屬于 Himalaya 系列，該系列的電壓調(diào)節(jié)器 IC、電源模塊和充電器能實現(xiàn)更涼爽、更小巧且更簡單的電源解決方案。MAX17702 專為鉛酸（Pb - acid）電池充電設(shè)計，輸入電壓范圍為 4.5V 至 60V，工作溫度范圍在 - 40°C 至 + 125°C 之間，能提供 ±4% 精確的恒流調(diào)節(jié)充電解決方案，輸出電壓可在 1.25V 至 ( (V_{DCIN}-2.1V) ) 范圍內(nèi)進行編程，調(diào)節(jié)精度為 ±1%。此外，它還具備輸入短路保護功能，可防止電池放電。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

2.1 優(yōu)化的特性集

• 充電精度高：充電電流調(diào)節(jié)精度為 ±4%，充電電流監(jiān)測精度（ISMON）為 ±6%，電壓調(diào)節(jié)精度為 ±1%。
• 工作范圍廣：輸入電壓范圍為 4.5V 至 60V，輸出電壓范圍可在 1.25V 至串聯(lián)的四個 12V 鉛酸電池電壓之間進行調(diào)節(jié)。
• 頻率可調(diào)：開關(guān)頻率可在 125kHz 至 2.2MHz 之間調(diào)節(jié)，并支持外部時鐘同步。
• 可靠的保護機制：具備輸入短路保護、深度放電電池檢測和預(yù)處理、電池溫度感應(yīng)及充電、輸出電壓溫度補償、逐周期過流限制、可編程 EN/UVLO 閾值等功能，還符合 CISPR 32 (EN55032) 類 B 傳導(dǎo)和輻射發(fā)射標準。

2.2 充電狀態(tài)與模式

充電過程會根據(jù)電池電壓從預(yù)充電、恒流（CC）和吸收恒壓（CV）三種狀態(tài)之一開始。在吸收 CV 狀態(tài)下，檢測到錐流閾值（ITCHG）或吸收 CV 定時器超時后，充電器將進入浮充 CV 狀態(tài)，持續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓以維持電池的滿充狀態(tài)。

三、電氣特性

3.1 電源相關(guān)特性

• 輸入電壓范圍：DCIN 電壓范圍在使用外部 nMOSFET 時為 5.5V 至 60V，不使用時為 4.5V 至 60V；VIN 電壓范圍為 4.5V 至 60V。
• 電流特性：輸入靜態(tài)電流、輸入開關(guān)電流和關(guān)斷電源電流等參數(shù)都有明確的規(guī)定，例如輸入靜態(tài)電流在典型情況下為 2.1mA。

3.2 其他關(guān)鍵特性

• 使能/欠壓鎖定（EN/UVLO）：具有上升和下降閾值，以及偏置電流等參數(shù)，確保充電器在合適的電壓下啟動和關(guān)閉。
• VCC 調(diào)節(jié)器：包括內(nèi)部 LDO 和外部 LDO，能提供穩(wěn)定的 VCC 輸出電壓，且具備輸出電流限制、壓降電壓和欠壓閾值等特性。
• 振蕩器（RT/SYNC）：開關(guān)頻率可通過連接不同阻值的電阻進行編程，還支持外部時鐘同步，同步頻率范圍為 0.9 x fSW 至 1.1 x fSW。

四、引腳配置與功能

MAX17702 采用 24 引腳 TQFN 封裝，各引腳功能明確：

• PGND：電源接地，連接到靠近 IC 的 VCC 旁路電容的返回端和外部低側(cè) nMOSFET 的源極。
• VCC：內(nèi)部 LDO 輸出，需連接至少 4.7μF/0805 的低 ESR 陶瓷電容。
• EXTVCC：外部電源輸入，用于外部 LDO，電壓范圍為 4.8V 至 24V。
• CSP 和 CSN：用于測量電流檢測電阻兩端的電壓，是電流環(huán)誤差放大器的輸入。
• ISMON：充電電流監(jiān)測輸出，通過連接 1nF 低 ESR 陶瓷電容進行旁路。
• FLG1 和 FLG2：開漏狀態(tài)輸出引腳，用于指示充電器的狀態(tài)。

五、工作原理與充電流程

5.1 平均電流模式控制架構(gòu)

MAX17702 采用恒定頻率、平均電流模式控制架構(gòu)。內(nèi)部電流環(huán)通過跨導(dǎo)放大器（(g{mi})）感應(yīng)電感電流，將電流檢測電壓與電流環(huán)參考電壓（(V{REFI})）進行比較，再通過 PWM 比較器設(shè)置轉(zhuǎn)換器的占空比。輸出電壓由電壓誤差放大器（(G_{V})）監(jiān)測，通過電阻分壓器連接到 FB 引腳進行調(diào)節(jié)。

5.2 充電流程

• 預(yù)充電狀態(tài)：當 (V_{DDTH}<1.25V) 時，充電器進入預(yù)充電狀態(tài)，充電電流參考設(shè)置為 CC 模式充電電流的 10%，以對深度放電的電池進行預(yù)處理。
• 恒流（CC）狀態(tài)：當 (V_{DDTH} ≥1.25V) 時，充電器進入 CC 狀態(tài)，充電電流（ICHG）按比例調(diào)節(jié)到 CC 模式充電電流，直到輸出電壓達到 CV 模式閾值。
• 吸收恒壓（CV）狀態(tài)：進入吸收 CV 狀態(tài)后，充電電流是輸出電壓的函數(shù)。當充電電流自然下降到錐流閾值或充電器定時器計數(shù)超過吸收 CV 定時器超時時，充電器進入浮充 CV 狀態(tài)。
• 浮充恒壓（CV）狀態(tài)：在浮充 CV 狀態(tài)下，輸出電壓繼續(xù)調(diào)節(jié)到電池的浮充電壓水平，以維持電池的滿充狀態(tài)。

六、應(yīng)用信息與設(shè)計要點

6.1 元件選擇

• 電感選擇：需考慮電感值（L）、直流電阻（RDCR）和電感飽和電流（ISAT）等參數(shù)，電感值可根據(jù)電感電流紋波比（LIR）計算得出。
• 輸出電容選擇：為減少電池兩端的電壓紋波，可使用 X7R 陶瓷電容和/或低 ESR POSCAP 電容。
• 輸入電容選擇：輸入濾波電容可減少從電源汲取的峰值電流和開關(guān)轉(zhuǎn)換器引起的輸入噪聲和電壓紋波。
• MOSFET 選擇：包括輸入短路保護外部 nMOSFET 和降壓轉(zhuǎn)換器 nMOSFET 的選擇，要考慮導(dǎo)通電阻、最大漏源電壓、米勒平臺電壓等參數(shù)。

6.2 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

• CC 模式充電電流設(shè)置：通過設(shè)置 ILIM 引腳的電壓和選擇合適的電流檢測電阻 RS 來實現(xiàn)。
• 輸入欠壓鎖定水平設(shè)置：使用 EN/UVLO 引腳可調(diào)節(jié)輸入欠壓鎖定水平。
• 輸出電壓和溫度補償設(shè)置：通過 FB 引腳和反饋電阻分壓器電路實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)和電池充電電壓的溫度補償。

6.3 PCB 布局指南

PCB 布局對于實現(xiàn)低損耗和低 EMI 排放至關(guān)重要，需遵循一系列布局準則，如將陶瓷輸入濾波電容盡可能靠近高側(cè) nMOSFET 的漏極和低側(cè) nMOSFET 的源極放置，使用 Kelvin 連接和差分對布線等。

七、總結(jié)

MAX17702 作為一款高性能的鉛酸電池充電器控制器，憑借其廣泛的輸入電壓范圍、精確的充電調(diào)節(jié)、豐富的保護功能和靈活的參數(shù)設(shè)置，為鉛酸電池充電應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇元件、設(shè)置參數(shù)和進行 PCB 布局，以充分發(fā)揮 MAX17702 的性能優(yōu)勢。大家在使用過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有獨特的應(yīng)用經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。