MAX1667：化學無關的2級智能電池充電器

一、引言

在電子設備的發展中，電池充電技術至關重要。不同化學類型的電池需要合適的充電器來確保安全、高效地充電。MAX1667作為一款化學無關的2級智能電池充電器，為各種電池充電提供了優秀的解決方案。本文將深入介紹MAX1667的特性、工作原理、應用以及設計注意事項。

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二、產品概述

2.1 基本功能

MAX1667能夠為任何化學類型的電池充電，如Li+、NiCd、NiMH、鉛酸等。它通過Intel系統管理總線（SMBus?）接口控制所有充電功能，可設置充電電壓和電流，并提供熱狀態信息。該充電器符合Duracell/Intel智能電池充電器規范，屬于2級充電器。

2.2 額外特性

除了2級充電器所需的功能外，MAX1667還能在充電器通電、電池安裝或移除時產生中斷信號通知主機。同時，它提供額外的狀態位，讓主機檢查充電器輸入電壓是否足夠，以及電池的電壓或電流是否受到調節，使主機無需詢問電池就能確定鋰離子電池是否充電完成。

2.3 封裝形式

MAX1667采用20引腳SSOP封裝，高度僅2mm，適用于空間有限的應用場景。

三、應用領域

MAX1667廣泛應用于多種設備，包括筆記本電腦、充電器基站、個人數字助理和手機等。

四、產品特性

4.1 充電兼容性

可對任何化學類型的電池進行充電，滿足不同設備對不同電池的需求。

4.2 接口與規范

具備SMBus 2線串行接口，符合Duracell/Intel智能電池充電器規范Rev. 1.0。

4.3 充電參數

• 提供4A、3A或1A（最大）的電池充電電流。
• 支持5位控制充電電流，11位控制電壓。
• 電池電壓最高可達18.4V，電壓精度為±1%。
• 輸入電壓最高可達+28V。

4.4 保護與效率

具備電池熱敏電阻故障安全保護功能，效率大于95%，采用同步整流技術。

五、電氣特性

5.1 電源與參考

• DCIN輸入電壓范圍為7.5 - 28V，靜態電流在7.5V < VDCIN < 28V時為4 - 6mA。
• VL輸出電壓在7.5V < VDCIN < 28V且無負載時為5.15 - 5.65V。
• REF輸出電壓在0 < ISOURCE < 500μA時為4.055 - 4.137V。

5.2 開關調節器

• 振蕩器頻率在非降壓模式下為200 - 300kHz。
• DHI最大占空比在降壓模式下為96.5 - 97.7%。
• DHI和DLO導通電阻在高或低電平時分別為4 - 7Ω和5 - 8Ω。

5.3 誤差放大器

GMV和GMI放大器的跨導分別為1.4mA/V和0.2mA/V，最大輸出電流分別為±80μA和±200μA。

5.4 觸發點與線性電流源

BATT POWER_FAIL閾值、熱敏電阻相關的觸發點等都有明確的參數規定。

5.5 邏輯電平

SDA、SCL輸入電壓低電平為0.5 - 0.8V，高電平為2.2V，輸入偏置電流為 - 1 - 1μA。

六、定時特性

SCL串行時鐘高、低周期分別為4μs和4.7μs，啟動條件建立時間和保持時間分別為4.7μs和4μs等。

七、典型工作特性

7.1 負載瞬態

展示了在不同負載情況下，CCV、CCI、VBATT、ILOAD等參數的變化情況。

7.2 電壓調節

包括VL的線路調節、負載調節以及VREF的負載調節等特性。

7.3 效率與輸出特性

效率與負載電流、電池電壓的關系，以及輸出V - I特性等。

八、引腳描述

MAX1667的20個引腳各自具有特定的功能，如IOUT為線性電流源輸出，DCIN為充電器供電輸入等。

九、智能電池充電系統

9.1 系統組成

智能電池充電系統至少由智能電池和兼容Smart Battery System規范的智能電池充電器組成，使用Intel的系統管理總線（SMBus）進行通信。

9.2 系統類型

• 單電池系統：常見于筆記本電腦、攝像機、手機等便攜式電子設備。
• 多電池系統：使用智能電池選擇器來連接或斷開電池與充電器或系統的連接。

9.3 充電器類型

分為2級和3級智能電池充電器，2級充電器作為SMBus從設備，響應智能電池發送的充電電壓和電流消息，完全由智能電池負責發起通信和提供充電算法。

十、詳細描述

10.1 輸出特性

MAX1667包含電壓調節和電流調節兩個獨立的環路。當電池電壓低于設定值時，電流調節環路起作用；當電池電壓達到設定值時，電壓調節環路接管。

10.2 模擬部分

由電流模式脈沖寬度調制（PWM）控制器和兩個跨導誤差放大器組成，分別用于調節電流和電壓。通過SMBus接口控制DAC來設置電流和電壓水平。

10.3 電壓控制

內部GMV放大器控制輸出電壓，通過11位DAC設置電壓，電池電壓通過5:1電阻分壓器反饋到放大器。

10.4 電流控制

使用內部7mA線性電流源和PWM調節器設置電池充電電流。當電流設置在1 - 127mA時，線性電流源提供涓流充電；當電流設置高于127mA時，由開關調節器提供充電電流。

10.5 PWM控制器

通過多輸入比較器控制電池電壓或電流，采用電流模式反饋和斜率補償確保系統穩定。

10.6 MOSFET驅動

驅動外部N溝道MOSFET來調節電池電壓或電流，使用電荷泵為高端MOSFET提供足夠的柵極驅動電壓。

10.7 內部調節器和參考

使用內部低壓差線性調節器創建5.4V電源（VL），為內部和外部電路供電。具備內部4.096V參考電壓，確保電壓設置精度為±1%。

十一、數字部分

11.1 SMBus接口

MAX1667使用SMBus的讀寫字協議與電池和主機系統通信，作為從設備接收命令并響應狀態信息查詢。

11.2 命令功能

• ChargerMode()：設置充電器模式，控制充電狀態。
• ChargingVoltage()：設置充電電壓，最大電壓為18.416V。
• ChargingCurrent()：設置充電電流，根據SEL引腳設置不同的最大電流。
• AlarmWarning()：設置報警抑制狀態位。
• ChargerStatus()：返回充電器狀態信息。

11.3 中斷與響應

當DCIN通電、電池狀態或電源故障狀態改變時觸發中斷，可通過ChargerStatus()命令或使用0x19 Alert - Response地址清除中斷。

十二、應用信息

12.1 負輸入電壓保護

在大多數便攜式設備中，通過二極管D4防止負電壓損壞極化電容C6。

12.2 熱敏電阻特性

根據熱敏電阻的阻值判斷電池溫度狀態，如THERMISTOR_OR、THERMISTOR_COLD、THERMISTOR_HOT和THERMISTOR_UR等狀態位。

十三、PC板布局考慮

13.1 高功率組件布局

先放置高功率組件，如C1、C6、M1、M2、D1、L1和R1，使它們的接地相鄰，減少電流感測電阻的走線長度，確保準確的電流感測。

13.2 IC和信號組件布局

將IC和信號組件放置在遠離主開關節點的位置，保持柵極驅動走線短，并靠近IC放置陶瓷旁路電容。

13.3 接地設計

采用單點星形接地，將輸入接地走線、電源接地和正常接地平面連接在電源輸出接地端子處。

十四、從MAX1647升級到MAX1667

MAX1667是MAX1647的引腳和軟件兼容升級版，在PWM占空比、內部參考電壓、電壓DAC、線性電流源等方面有改進。升級時需要進行一些必要或推薦的更改，如將R1改為40mΩ等。

十五、總結

MAX1667作為一款化學無關的2級智能電池充電器，具有廣泛的應用前景和優秀的性能。它的多功能性、高精度和穩定性使其成為各種電子設備電池充電的理想選擇。在設計過程中，工程師需要根據具體應用需求合理選擇組件和進行PC板布局，以確保充電器的性能和可靠性。你在使用MAX1667的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。