探索MAX1645B：先進的獨立化學體系、二級輸入限流電池充電器

在當今的電子設備領域，電池充電器的性能和功能對于設備的正常運行和電池的壽命至關重要。特別是在處理多種化學體系的電池時，需要一款靈活且高效的充電器。Maxim公司的MAX1645B就是這樣一款先進的電池充電器，它能滿足各種復雜的充電需求。本文將詳細介紹MAX1645B的特性、工作原理、應用以及使用時的注意事項，為電子工程師們在設計充電電路時提供有價值的參考。

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一、MAX1645B概述

（一）基本特性

MAX1645B是一款高效率的電池充電器，它的獨特之處在于能夠對任何化學類型的電池進行充電。該充電器通過Intel System Management Bus（SMBus?）來精確控制電壓和電流充電輸出，實現了充電過程的智能化管理。其具備的一些關鍵特性包括：

• 輸入電流限制：當負載電流過高時，MAX1645B能夠限制充電器的電流，避免AC適配器電壓下降。
• 175s充電安全超時：內置的安全定時器可防止“失控充電”，若在175s內未收到充電電壓或電流命令，充電將自動終止。
• 128mA喚醒充電：當電池處于低電量狀態時，可通過128mA的小電流進行喚醒充電，保護電池。
• 支持多種化學體系電池：如Li+、NiCd、NiMH、鉛酸等電池類型都能兼容。
• 高效的同步降壓控制電路：采用下一代同步降壓控制電路，允許占空比超過99%，降低了輸入到輸出的最小電壓降，能夠輕松為1至4節串聯的Li+電池充電。

（二）應用領域

由于其出色的性能和兼容性，MAX1645B被廣泛應用于多個領域，包括筆記本電腦、銷售點終端、個人數字助理等設備，為這些設備的電池充電提供了可靠的解決方案。

二、技術參數解析

（一）絕對最大額定值

在使用MAX1645B時，需要嚴格遵守其絕對最大額定值，以確保設備的安全和穩定運行。這些參數規定了各個引腳的電壓范圍、電流限制以及溫度范圍等。例如，DCIN、CVS、CSSP、CSSN、LX到GND的電壓范圍為 - 0.3V至 +30V，超過這些范圍可能會導致設備永久性損壞。

（二）電氣特性

MAX1645B的電氣特性涵蓋了多個方面，包括輸入電壓范圍、電源電流、欠壓閾值、輸出電壓精度等。以下是一些關鍵電氣特性的詳細介紹：

• 輸入電壓范圍：DCIN典型工作范圍為8V至28V，能夠適應不同的電源輸入。
• 電源電流：在不同的工作狀態下，DCIN的電源電流有所不同。例如，在充電禁止狀態下，電流為0.7至2mA；而在正常充電時，電流為1.7至6mA。
• 欠壓閾值：DCIN的欠壓閾值在上升和下降時分別為7V和7.4V至7.85V，當電壓低于該閾值時，充電器會進入相應的保護狀態。
• 輸出電壓精度：通過內部參考，輸出電壓精度可達 ±0.8%，確保了充電電壓的準確性。

三、工作原理及功能實現

（一）整體架構

MAX1645B主要由電流檢測放大器、SMBus接口、跨導放大器、參考電路和DC - DC轉換器組成。DC - DC轉換器負責生成控制信號，以維持SMBus接口設定的電壓和電流。該充電器具有一個電壓調節環和兩個電流調節環，這些調節環相互獨立工作，保證了充電過程的穩定性和可靠性。

（二）輸出電壓設置

MAX1645B的電壓DAC具有16mV的LSB和18.432V的滿量程。通過SMBus接口發送16位的ChargingVoltage()命令來設置輸出電壓，該命令對應著以毫伏為單位的輸出電壓。MAX1645B會忽略前4個LSB，并使用接下來的11個LSB來控制電壓DAC。當命令值大于或等于0x4800（18432mV）時，會導致電壓超量程，充電器電壓將被限制為18.432V；而當命令值低于0x0400（1024mV）時，充電將終止。

（三）充電電流設置

充電電流的設置通過SMBus接口的16位ChargingCurrent()命令實現。MAX1645B的充電電流DAC范圍為3.2mV至150.4mV，該命令對應著以0.05mV為LSB和3.376V為滿量程的電流檢測電壓。MAX1645B會丟棄前6個LSB，并使用剩余的6個MSB來控制充電電流DAC。當命令值高于0x0BC0時，會導致超量程，充電電流檢測電壓將被限制為150.4mV；當命令值低于0x0080時，充電電流將關閉。充電電流（ICHARGE）由公式 (ICHARGE =V{D A C I} / R{C S I}) 確定，其中VDACI是由ChargingCurrent()設置的電流檢測電壓，RCSI是電池電流檢測電阻。

（四）輸入電流限制

當負載電流較高時，MAX1645B會限制充電器的輸入電流，以保護AC適配器。內部的CSS放大器會將CSSP和CSSN之間的電壓與CLS/20進行比較，VCLS通過REF和GND之間的電阻分壓器設置。輸入源電流是設備電流、充電輸入電流和負載電流的總和，充電器輸入電流由DC - DC轉換器產生。通過公式 (I{MAX }=V{CLS } /left(20 × R_{1}right)) 可以計算出最大允許的源電流，其中R1是感測電阻。

（五）LDO調節器

MAX1645B集成了LDO調節器，可從DCIN獲得 +5.4V的電源，能夠提供高達15mA的電流。LDO調節器設置了DC - DC轉換器中NMOS開關的柵極驅動電平，同時還為4.096V參考和大部分控制電路供電。使用時需要在LDO引腳和GND之間旁路一個1μF的電容器，以確保電源的穩定性。

（六）VDD電源

VDD輸入為SMBus接口和熱敏電阻比較器提供電源。通常情況下，可將VDD連接到LDO，或者為了在DCIN電源移除時保持MAX1645B的SMBus接口活動，可將外部電源連接到VDD。

四、工作狀態及操作條件

（一）AC存在狀態

當DCIN電壓大于7.5V時，電池處于AC存在狀態。此時，LDO和REF正常工作，允許進行電池充電。同時，ChargerStatus()寄存器中的AC_PRESENT位（位15）將被設置為1。

（二）電源故障狀態

當DCIN電壓低于BATT + 0.3V時，充電器進入電源故障狀態，因為此時輸入電壓不足以對電池進行充電。在這種狀態下，PDS輸入PMOS開關將關閉，ChargerStatus()寄存器中的POWER_FAIL位（位13）將被設置為1。

（三）電池存在狀態

當THM電壓低于VDD的91%時，認為電池已連接到充電器。此時，ChargerStatus()寄存器中的BATTERY_PRESENT位（位14）將被設置為1，充電可以正常進行。如果電池未連接，所有寄存器將被重置，充電器會進行“浮動”充電，以最小化電池連接時的接觸電弧。

（四）電池欠壓狀態

當BATT電壓低于2.5V時，電池處于欠壓狀態，充電器會將電流限制降低到128mA。當BATT電壓超過2.7V時，正常充電將恢復，而ChargingVoltage()不受影響，可設置低至1.024V。

（五）VDD欠壓狀態

當VDD電壓低于2.5V時，VDD電源處于欠壓狀態，SMBus接口將不響應命令。當從欠壓狀態恢復時，設備將進入上電復位狀態，此時不會進行充電。

五、SMBus接口及命令

（一）接口概述

MAX1645B通過SMBus接口接收控制輸入，該串行接口符合SMBus規范，充電器功能符合Intel/Duracell二級智能充電器規范。作為SMBus從設備，MAX1645B不發起總線通信，而是接收命令并響應狀態信息查詢。

（二）主要命令

• ChargerSpecInfo()：使用讀字協議，命令代碼為0x11。該命令用于獲取充電器的規格信息，對于符合二級智能電池充電器規范修訂版1.0的MAX1645B，此命令返回0x09。
• ChargerMode()：使用寫字協議，命令代碼為0x12。用于設置充電器的工作模式，例如控制充電的開啟和關閉、清除熱敏電阻過熱標志等功能。
• ChargerStatus()：使用讀字協議，命令代碼為0x13。返回關于熱敏電阻阻抗和MAX1645B內部狀態的信息，如充電禁止狀態、電池存在狀態、電源故障狀態等。
• ChargingCurrent()：使用寫字協議，命令代碼為0x14。用于設置充電電流，通過16位二進制數表示電流限制設定點，MAX1645B在設置時具有64mA的分辨率。
• ChargingVoltage()：使用寫字協議，命令代碼為0x15。用于設置電池充電電壓，通過16位二進制數表示電壓設定點，MAX1645B在設置時具有16mV的分辨率。
• AlarmWarning()：使用寫字協議，命令代碼為0x16。如果寫字協議數據的D15、D14、D13、D12或D11等于1，將設置ALARM_INHIBITED狀態位，該位會使MAX1645B的開關調節器關閉。

六、外部組件選擇與布局

（一）外部組件選擇

在設計MAX1645B的應用電路時，正確選擇外部組件至關重要。以下是一些主要組件的選擇要點：

• MOSFETs和肖特基二極管：肖特基二極管D1在AC適配器插入時為負載提供電源，可選擇3A或更高電流的二極管；P通道MOSFET P1用于消除肖特基二極管的壓降和功率消耗，應選擇RDS(ON)為50mΩ或更小的MOSFET。N通道MOSFET N1和N2是降壓控制器的開關器件，N1的電流額定值應至少為6A，RDS(ON)為50mΩ或更小；N2的電流額定值應至少為3A，RDS(ON)為100mΩ或更小。D3為信號級二極管，為高端MOSFET驅動器提供電源；P通道MOSFET P2在AC適配器移除時為負載提供電流，應選擇RDS(ON)為50mΩ或更小的MOSFET。
• 電感選擇：電感L1為充電過程中的電池提供電源，其飽和電流應至少為3A加上電流紋波的一半（ (Delta l{L}) ），可通過公式 (ISAT =3 A+1 / 2 Delta l{L}) 計算。電流紋波 (Delta l{L}) 可通過公式 (Delta l{L}=21 V mu s / L) 計算，通常選擇22μH的電感可滿足所有工作條件。
• 其他組件：CCV、CCI和CCS是三個調節環的補償點，需要按照要求進行旁路電容連接；R7和R13分別作為THM和CVS的保護電阻；為了實現可接受的精度，R6應選擇10kΩ且精度為1%的電阻，以匹配內部電池熱敏電阻。

（二）布局和旁路

• 旁路設計：需要對DCIN、LDO、BST、DLOV等引腳進行旁路電容連接，以確保電源的穩定。例如，在DCIN引腳和GND之間旁路一個1μF的電容器，D4用于保護設備在DC電源輸入反接時不受損壞。
• PCB布局：良好的PCB布局對于實現指定的噪聲、效率和穩定性能至關重要。在布局時，應首先放置高功率連接，確保電流檢測電阻的走線長度最短，并使用Kelvin連接以保證準確的電流檢測；將IC和信號組件與主開關節點（LX節點）保持距離，避免干擾敏感的模擬組件；使用單點星形接地，將輸入接地走線、電源接地和正常接地連接到該節點。

七、總結與思考

MAX1645B作為一款先進的電池充電器，具有多種化學體系兼容性、輸入電流限制、高效充電等優點，適用于多種電子設備的充電需求。在設計使用MAX1645B的充電電路時，電子工程師需要深入理解其技術參數、工作原理和外部組件選擇原則，以確保電路的穩定性和可靠性。同時，在實際應用中，還需要考慮不同電池類型的充電特性和設備的具體需求，靈活調整充電參數。例如，對于不同容量和化學體系的電池，如何優化充電算法以提高充電效率和電池壽命，這是值得我們進一步思考和探索的問題。你在使用類似電池充電器時遇到過哪些挑戰？又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。