MAX77928：1S鋰離子電池的高效充電解決方案

在電子設備日新月異的今天，高效、安全的電池充電方案對于提升設備性能至關重要。Analog Devices的MAX77928作為一款10A雙向3:1/2:1/1:1開關電容直接充電器，專為1S鋰離子電池設計，為智能手機、平板電腦等多種設備的電池充電提供了出色的解決方案。

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一、產品概述

MAX77928是一款高度集成的充電器，它集成了多比率（3:1/2:1/1:1）開關電容轉換器、2通道外部FET柵極驅動器、電壓阻斷FET、電壓/電流調節以及ADC等功能，能夠高效、安全地為1S電池充電，最大充電電流可達10A。無論是搭配USB Type - C可編程電源（PPS）適配器，還是在無PPS適配器的情況下（僅限2:1模式），都能發揮出良好的充電性能。

二、關鍵特性

（一）開關電容轉換器

• 多比率轉換：采用Dickson拓撲結構，可實現3:1、2:1和1:1的功率轉換比。在不同的工作模式下，能夠根據輸入輸出電壓的要求靈活調整轉換比率，以適應不同的充電場景。
• 雙相設計：采用雙相（A相和B相）設計，相位差為180度，有效降低了開關紋波，提高了充電效率和穩定性。

（二）外部柵極驅動器和VB FET

• 2通道驅動：提供2通道柵極驅動器（VEXT1_DRV和VEXT2_DRV），可驅動外部MOSFET或GaN FET，用于過壓保護或雙輸入選擇。
• 集成VB FET：集成了一個耐壓24V的電壓阻斷（VB）FET，可替代外部FET，簡化了電路設計。

（三）調節功能

• 電壓和電流調節：集成了輸入電流調節和電池（BATP - BATN）電壓調節功能。輸入電流調節范圍可通過I2C編程，從500mA到5500mA；電池電壓調節范圍可從3.8V到4.55V。
• 溫度調節：具備局部（INFET）管芯溫度調節功能和調節定時器，可防止芯片過熱，確保充電過程的安全。

（四）保護特性

• 過壓和欠壓保護：提供輸入過壓鎖定（VIN OVLO）、輸出過壓鎖定（VOUT OVLO）、VEXT1和VEXT2過壓鎖定（VEXT1 OVLO和VEXT2 OVLO）以及電池（BATP - BATN）過壓鎖定（VBATT OVLO）等保護功能，有效保護內部功率級和下游設備。
• 過流保護：具備正向和反向過流保護（CHGR OCP和RVSBST OCP）、反向電流保護（CHGR RCP）、輸入電流過流保護（IIN OCP）以及輸入電流欠流保護（IIN UCP）等功能，能夠快速檢測短路故障，保護功率級。
• 其他保護：還具備飛跨電容短路/開路檢測、熱報警和關斷、看門狗定時器等保護功能，確保設備在各種異常情況下都能安全可靠地工作。

（五）ADC功能

• 多通道監測：擁有9通道12位ADC，可監測VIN電壓、PMID電壓、VEXT1電壓、VEXT2電壓、VOUT電壓、電池差分電壓、NTC電壓、管芯溫度和輸入電流等參數。
• 靈活配置：用戶可通過設置ADC_CFG1和ADC_CFG2寄存器，靈活選擇要監測的通道。

（六）I2C接口

• 兼容性強：I2C接口兼容1.8V和1.2V電源軌，支持最高3.4MHz的時鐘速率，方便與其他設備進行通信和配置。

三、工作模式

（一）正向充電模式

• 3:1模式：當OPERATION_MODE[2:0]設置為0x1時，IC進入3:1模式。在每個開關周期內，S1、S3、S4和S7同時導通50%的時間，S2、S5和S6同時導通另外50%的時間。
• 2:1模式：當OPERATION_MODE[2:0]設置為0x2時，IC進入2:1模式。S1、S4和S5同時導通50%的時間，S3、S6和S7同時導通另外50%的時間，S2始終導通。
• 1:1模式：當OPERATION_MODE[2:0]設置為0x3時，IC進入正向1:1模式。S1、S2、S3、S6和S7始終導通，S4和S5始終關斷。

（二）反向升壓模式

• 1:3模式：當OPERATION_MODE[2:0]設置為0x6時，IC進入反向升壓1:3模式。工作方式與正向3:1模式類似，但電流方向相反。
• 1:2模式：當OPERATION_MODE[2:0]設置為0x5時，IC進入反向升壓1:2模式。工作方式與正向2:1模式類似，但電流方向相反。
• 1:1模式：當OPERATION_MODE[2:0]設置為0x4時，IC進入反向1:1模式。工作方式與正向1:1模式類似，但電流方向相反。

（三）跳過模式和固定頻率模式

• 正向模式：在正向模式（電池充電）下，SCC始終工作在固定頻率模式。
• 反向升壓模式：在反向升壓模式（OTG模式）下，SCC支持自動跳過模式和固定頻率模式。通過設置SKIP和VSKIP、ISKIP等參數，可實現輕載時的節能和全負載范圍內的高效率。

四、系統配置

MAX77928支持七種系統配置，可根據不同的應用場景進行靈活選擇。例如，在單輸入配置中，可選擇將VEXT1或VEXT2連接到輸入電源；在雙輸入配置中，可實現不同輸入源的切換和選擇。

五、應用建議

（一）電容選擇

• 飛跨電容：建議選擇2x22μF 16V的CFLY1和2x22μF 10V的CFLY2，以確保在開關頻率下具有低阻抗，提高充電效率。
• 輸出電容：建議使用2x10μF的輸出電容，以減小輸出電壓紋波。
• 其他電容：VIN、PMID、VEXT、BST、PVDD、AVDD、VIO等引腳的旁路電容應選擇低ESR、小溫度系數的陶瓷電容。

（二）布局指南

• 電容連接：所有旁路電容和飛跨電容應盡可能靠近IC連接，以減小寄生電感和電阻。
• 功率走線：A相和B相之間的所有功率走線應盡可能對稱，以確保電流均勻分布。
• 過孔使用：在IC的PMID/VOUT/PGND/C1Px/C1Nx/C2Px/C2Nx引腳附近添加多個過孔，將走線引至內層，以降低阻抗。
• 接地處理：AVDD的AGND不應在頂層直接連接到PGND，應通過過孔連接到內層的干凈系統接地平面，確保AGND的連接點不在PGND的電流返回路徑上。

六、總結

MAX77928憑借其高效的開關電容轉換技術、豐富的保護功能和靈活的系統配置，為1S鋰離子電池充電提供了全面、可靠的解決方案。無論是在智能手機、平板電腦還是其他便攜式設備中，都能發揮出出色的性能，幫助工程師設計出更高效、更安全的電池充電系統。

在實際應用中，工程師們可以根據具體的設計需求，合理選擇工作模式、配置寄存器參數，并遵循布局指南進行PCB設計，以充分發揮MAX77928的優勢。你在使用MAX77928的過程中遇到過哪些問題呢？或者你對它的某個特性有更深入的疑問嗎？歡迎在評論區留言討論。