MAX1758：獨立式開關模式鋰離子電池充電器的設計與應用

作為電子工程師，在設計涉及鋰離子電池充電的項目時，一款性能出色的充電器芯片至關重要。今天就來和大家詳細探討一下Maxim Integrated推出的MAX1758獨立式開關模式鋰離子電池充電器。

文件下載：MAX1758.pdf

一、產品概述

MAX1758是一款專門用于為1 - 4節鋰離子（Li+）電池充電的開關模式充電器。它具有高精度的充電電流和電壓調節能力，充電電流調節精度可達±10%，電池端的調節電壓總誤差僅為±0.8%。內部集成的高端開關可提供高達1.5A的可編程充電電流，并且內置安全定時器，當達到可調時間限制時會自動終止充電。

二、關鍵特性

2.1 高精度電壓調節

電池調節電壓精度高達±0.8%，每節電池的調節電壓可通過標準1%電阻在4.0V - 4.4V之間設置，能滿足不同鋰離子電池的充電需求。

2.2 低 dropout 高占空比

具備98%的低 dropout占空比，可有效提高充電效率，減少能量損耗。

2.3 安全預充電

能夠安全地對接近沒電的電池進行預充電，同時持續監測電池的電壓和溫度，確保充電過程的安全性。

2.4 低功耗關機模式

關機時電池電流僅為0.1μA，可大大降低電池的自放電損耗。

2.5 寬輸入電壓范圍

輸入電壓最高可達28V，能適應多種電源輸入。

2.6 可編程充電電流

充電電流最高可達1.5A，可根據實際需求進行靈活編程。

2.7 安全定時器

可防止電池過充，保障電池的使用壽命和安全性。

2.8 輸入電流限制

能自動減少電池充電電流，防止輸入電源過載，允許使用低成本的墻式適配器。

2.9 節省空間的封裝

采用28引腳的SSOP封裝，節省電路板空間。

三、引腳配置與功能

MAX1758的引腳配置豐富多樣，每個引腳都有其特定的功能。例如：

• VL：芯片電源，由DCIN經過5.4V線性穩壓器輸出，需用2.2μF或更大的陶瓷電容旁路到地。
• ISETIN：用于調整輸入電流限制，通過分壓電阻設置電壓。
• ISETOUT：用于調整電池充電電流，同樣通過分壓電阻設置電壓。
• THM：熱敏電阻輸入，連接熱敏電阻到地可設置充電的溫度范圍。
• REF：4.2V參考電壓輸出，需用1μF或更大的陶瓷電容旁路到地。

四、工作原理與充電流程

4.1 工作原理

MAX1758內部包含一個降壓DC - DC轉換器，通過內部功率MOSFET開關將輸入電壓轉換為充電電流或電壓。它采用雙環控制來調節電壓設定點和充電電流，能在電壓和電流調節之間平穩過渡。此外，還有一個額外的控制環來監測輸入源的總電流，自動調整電池充電電流。

4.2 充電流程

• 復位狀態：初始上電或電池電壓低于充電閾值等情況時進入，定時器復位，充電電流為0。
• 預充電狀態：輸入電源、參考電壓和內部偏置在限制范圍內時進入，以快速充電電流的1/10對電池充電。
• 快速充電狀態：電池電壓高于欠壓閾值時進入，以恒定電流對電池充電。
• 滿充電狀態：電池電壓達到調節電壓時進入，以恒定電壓對電池充電。
• 頂充狀態：滿充電定時器超時或充電電流低于閾值時進入，繼續以恒定電壓充電。
• 完成狀態：頂充定時器超時后進入，充電停止。
• 過/欠溫狀態：電池溫度超出限制時進入，充電和定時器暫停。
• 故障狀態：出現電池溫度過高、預充電定時器超時等情況時進入，充電終止。

五、設計要點

5.1 電池調節電壓設置

通過VADJ引腳可調整每節電池的電壓限制，使用分壓電阻從REF到VADJ設置電壓。計算公式為 (V{VADJ}=(9.5V{BATTR}/N)-(9.0 × V{REF})) ，其中 (V{BATTR}) 為電池調節電壓，N為電池節數。

5.2 充電電流限制設置

通過ISETOUT引腳設置充電電流，充電電流 (ICHG = 1.5A(frac{VISETOUT}{VREF})) ，將ISETOUT連接到REF可獲得滿量程電流限制。

5.3 輸入電流限制設置

通過ISETIN引腳設置輸入電流限制，輸入電流 (IIN = I_{FSS}(frac{VISETIN}{VREF})) ，將ISETIN連接到REF可獲得滿量程輸入電流限制。

5.4 電感選擇

電感值會影響紋波電流，一般選擇使紋波電流約為直流平均充電電流的30% - 50%。計算公式為 (L=frac{V{BATT}(V{DCIN(MAX)}-V{BATT})}{V{DCIN(MAX)} × I_{CHG} × LIR}) ，其中 (LIR) 為紋波電流與直流充電電流的比值。

5.5 電容選擇

• 輸入電容：要能處理輸入RMS電流，其RMS電流可近似為 (CIN cong I_{CHG} sqrt{D - D^{2}}) ，D為PWM轉換器占空比。
• 輸出濾波電容：用于吸收電感紋波電流，其電容值和ESR額定值很重要，最小輸出電容 (C{OUT}>frac{V{REF}(1+frac{V{BATT}}{V{DCIN(MIN)}})}{V{BATT} × f{OSC} × R{CS}}) ，最大輸出電容ESR (R{ESR}{CS} × V{BATT}}{V_{REF}}) 。

  5.6 定時器設置

  通過連接電容到TIMER1和TIMER2引腳設置定時器周期，TIMER1控制預充電、滿充電和頂充時間，TIMER2控制快速充電時間。

六、應用場景

MAX1758適用于多種需要鋰離子電池充電的設備，如筆記本電腦、手持儀器、桌面充電座等。

七、總結

MAX1758以其高精度的充電控制、豐富的保護功能和靈活的配置選項，為鋰離子電池充電設計提供了一個優秀的解決方案。在實際設計過程中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇外部元件，確保充電器的性能和穩定性。大家在使用MAX1758進行設計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區分享交流。