MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B：高性能充電器的設計與應用

作為電子工程師，在設計充電電路時，常常需要在性能、成本和尺寸之間找到平衡。今天要介紹的MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B這三款高頻率多化學電池充電器，正是解決這些問題的理想選擇。

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一、產品概述

MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B采用了新型高頻電流模式架構，顯著減小了組件尺寸和成本。它使用了帶有n溝道同步整流器的高端MOSFET，充電電壓、充電電流和輸入電流限制均可廣泛調節，能夠輕松構建高精度、高效率的充電器。

充電能力

• MAX17005B可對三或四節Li + 串聯電池進行充電。
• MAX17006B可對二或三節Li + 串聯電池進行充電。
• MAX17015B可通過輸出端的反饋電阻分壓器調整充電電壓設置和電池節數。所有型號的充電器在使用10mΩ檢測電阻時，都能提供至少4A的充電電流。

獨特特性

• 內置高精度電流感測放大器，能實現逐周期電流模式控制，有效保護電池免受過短路影響，并能快速響應系統負載瞬變。
• 提供與適配器電流成比例的高精度模擬輸出，在MAX17015B中，即使適配器斷開，該電流監測功能仍可監測電池放電電流。

封裝形式

這三款充電器采用了小巧的4mm x 4mm x 0.8mm 20引腳無鉛TQFN封裝，還提供評估套件，有助于縮短設計時間。

二、產品特性解析

高頻優勢

• 開關頻率高達1.2MHz，采用受控電感電流紋波架構，可降低材料清單成本，減小電感和輸出電容的尺寸。
• 充電電壓精度可達±0.4%，輸入電流限制精度為±2.5%，充電電流精度為±3%，單點補償設計使電路更加穩定。

參數可調

• 充電電流設置既可以通過模擬控制輸入，也可以通過PWM輸入進行調節。
• 電池電壓可針對不同節數的電池進行調節，如MAX17005B適用于3和4節電池，MAX17006B適用于2和3節電池，每節電池的電壓調節范圍為4.2V至4.4V。

多重保護

• 具備逐周期電流限制和電池短路保護功能，能有效保護電池和充電器。
• 對脈沖充電和系統負載瞬變響應迅速，可編程充電電流小于5A。

自動電源選擇

利用n溝道MOSFET實現自動系統電源選擇，當適配器插入時，優先使用適配器供電；適配器斷開時，自動切換到電池供電。 內部集成升壓二極管，輸入電壓范圍為+ 8V至+ 26V。

三、電氣特性分析

充電電壓調節

不同型號和電池節數下，充電電壓具有高精度的調節能力。例如，MAX17006B在2節電池、VCTL = VAGND條件下，電池調節電壓精度可達8.3664 - 8.4336V。通過調節VCTL輸入，可以精確控制電池輸出電壓和電池節數。

充電電流調節

ISET引腳可接受模擬或數字輸入，設置充電電流。模擬輸入時，CSIP和CSIN之間的滿量程差分電壓為80mV；數字PWM輸入時，為60mV。可根據公式 [CHG=frac{240 mV}{RS 2} × frac{V{ISET}}{V{AA}}] 來配置充電電流。

輸入電流限制

當輸入電流超過設定的限制時，控制器會降低充電電流，優先保障系統負載電流。可通過選擇合適的電流檢測電阻RS1來設置輸入電流限制，公式為 [INPUTLIMIT =frac{60 mV}{RS 1} timesleft(1+frac{R{B}}{R_{A}}right)] 。

其他特性

還具有AC適配器檢測、LDO穩壓器和VAA參考電壓輸出等功能。LDO穩壓器可提供5.4V電源，輸出負載電流超過40mA；VAA為4.2V參考電壓，為多數控制電路提供偏置。

四、設計要點

充電電壓設置

根據不同的應用需求，選擇合適的型號和VCTL輸入電平來設置電池節數和電壓。例如，對于3節電池的MAX17005B應用，2.4V < VCTL < 4.2V 。具體的充電電壓計算公式可參考文檔中的相關公式。

充電電流設置

ISET引腳是設置充電電流的關鍵。可根據應用選擇模擬或PWM輸入方式，并根據公式配置充電電流。同時，要選擇合適的電流檢測電阻RS2，以確保其能夠承受滿充電電流。

輸入電流限制設置

根據AC適配器的電流能力和輸入電流限制的公差來設置輸入電流限制。選擇合適的電流檢測電阻RS1，并可通過電阻分壓器進行微調。

自動電源選擇設計

利用外部電荷泵驅動n溝道適配器選擇開關，實現自動電源切換。在設計中，要注意選擇合適的二極管，確保開關的正常工作。

電流監測設計

可使用IINP引腳監測系統輸入電流或電池放電電流。在MAX17015B中，適配器斷開時，將ISET驅動高于2.4V可啟用IINP監測電池放電電流。

補償設計

充電電壓、充電電流和輸入電流限制調節環路分別進行補償。充電電流和輸入電流限制環路內部補償，充電電壓環路在CC引腳外部補償，連接一個0.01μF的電容器。

五、元件選擇

MOSFET選擇

根據最大所需充電電流選擇合適的n溝道MOSFET。要考慮MOSFET在不同工作條件下的功率損耗，包括導通損耗、開關損耗、輸出電容損耗和反向恢復電荷損耗等，并通過公式進行估算。

電感器選擇

電感器的選擇需要在效率、瞬態響應、尺寸和成本之間進行權衡。可根據公式 [L=frac{k × V{I N}^{2}}{4 × I{C H G} × L I R_{M A X}}] 選擇合適的電感值，同時要確保其飽和電流額定值滿足要求。

輸入輸出電容選擇

輸入電容要滿足紋波電流要求，優先選擇非鉭電容；輸出電容要吸收電感紋波電流，并能承受電池插入時的浪涌電流，可根據公式 [C{OUT }=frac{ RIPPLE }{f{SW} × 8 × Delta V{CSIN }} × k{CAP-BIAS}] 選擇合適的電容值。

六、PCB布局要點

良好的PCB布局對于實現指定的抗噪性、效率和穩定性能至關重要。

高功率連接

優先放置高功率連接，使它們的接地相鄰。盡量減小電流檢測電阻和高電流路徑中的接地和其他走線長度，使用寬度大于5mm的走線。

信號組件布局

將IC和信號組件放置在合適的位置，使主開關節點（LX節點）遠離敏感的模擬組件。IC與電流檢測電阻的距離應不超過10mm。

柵極驅動走線

柵極驅動走線（DHI和DLO）應盡可能短（L < 20mm），并遠離電流檢測線和VAA，走線寬度應大于1.25mm。

旁路電容放置

將陶瓷旁路電容靠近IC放置，大容量電容可放置得遠一些。將電流檢測輸入濾波電容放置在器件下方，直接連接到GND引腳。

單點接地

采用單點星形接地，將功率地（接地平面）和安靜接地島在PGND引腳處連接。

七、總結

MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B是三款性能卓越的電池充電器，具有高頻、高精度、多功能等特點。通過合理的設計和元件選擇，以及優化的PCB布局，能夠在各種應用中實現高效、穩定的充電功能。作為電子工程師，在設計充電電路時，可以充分考慮這三款充電器的優勢，為產品的性能提升和成本控制提供有力支持。

你在實際使用中是否遇到過類似充電器設計的難題？對于這些設計要點，你有什么不同的見解或經驗分享嗎？歡迎在評論區留言討論。