MAX1737：獨立開關模式鋰離子電池充電器控制器的深度解析

在電子設備的設計中，電池充電管理是至關重要的一環。特別是對于鋰離子電池，其充電過程需要精確的控制，以確保電池的安全和壽命。今天，我們就來深入探討一款優秀的獨立開關模式鋰離子電池充電器控制器——MAX1737。

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一、產品概述

MAX1737是一款能夠為1至4節鋰離子（Li+）電池充電的開關模式充電器。它具備諸多出色的特性，能為各類應用提供可靠的充電解決方案。

高精度電壓調節

它可以提供調節后的充電電流和電壓，在電池端子處的總電壓誤差僅為±0.8%，確保了電池充電的精度。

高效轉換

外部N溝道開關和同步整流器的設計，使得它在很寬的輸入電壓范圍內都能保持高效率。

安全保護

內置的安全定時器會在達到可調節的時間限制后自動終止充電，防止過充情況的發生。

多模式控制

通過兩個環路協同工作，能夠在電壓和電流調節之間實現平滑過渡，還額外有一個控制環路來監測輸入源的總電流，避免輸入電源過載，從而可以使用低成本的壁式適配器。

同時，它還能通過外部熱敏電阻監測電池溫度，當電池溫度超出可接受范圍時停止充電。該產品采用節省空間的28引腳QSOP封裝，并且有評估套件（MAX1737EVKIT）可供使用，能有效減少設計時間。

二、應用領域

MAX1737的應用十分廣泛，涵蓋了多個領域：

• 筆記本電腦：為筆記本電腦的鋰離子電池提供穩定的充電支持。
• 鋰離子電池組：適用于各種鋰離子電池組的充電管理。
• 手持儀器：可以為手持儀器中的電池進行高效充電。
• 桌面底座充電器：作為桌面底座充電器的核心部件，實現對電池的快速、安全充電。

三、引腳配置與功能

引腳配置

MAX1737的引腳配置較為復雜，每個引腳都有其特定的功能。例如，DCIN是電源輸入引腳，VL是芯片電源輸出引腳，ISETIN和ISETOUT分別用于輸入電流限制調整和電池充電電流調整等。

主要引腳功能

• VL：芯片電源輸出，是從DCIN經過5.4V線性穩壓器得到的輸出，需要用2.2μF或更大的陶瓷電容旁路到GND。
• ISETIN：通過分壓器設置電壓，用于調整輸入電流限制。
• ISETOUT：同樣通過分壓器設置電壓，來調整電池充電電流。
• THM：熱敏電阻輸入引腳，連接熱敏電阻到GND可設置溫度范圍。
• REF：4.2V參考電壓輸出，需要用1μF或更大的陶瓷電容旁路到GND。

四、電氣特性

電源與參考

• DCIN輸入電壓范圍：在6V至28V之間，確保了產品在不同電源環境下的適應性。
• REF輸出電壓：典型值為4.2V，精度較高。

開關調節器

• PWM振蕩器頻率：典型值為300kHz，有助于降低噪聲。
• LX最大占空比：可達98%，在降壓模式下表現出色。

誤差放大器

各個誤差放大器在不同的條件下有特定的參數，如CS到BATT電流感測電壓等，這些參數對于精確控制充電電流和電壓至關重要。

狀態機

狀態機相關的參數包括溫度閾值、電池欠壓和過壓閾值等，這些參數確保了充電過程的安全和穩定。

控制輸入/輸出

控制輸入/輸出引腳的電壓范圍、偏置電流等參數，決定了產品與外部電路的接口特性。

五、詳細工作原理

充電過程

MAX1737的充電過程包括多個階段，如預充電、快速充電、滿充電和頂充等。

• 預充電：當電池電壓低于欠壓閾值時，充電器進入預充電模式，以約為滿量程5%的電流對電池進行充電。
• 快速充電：電池電壓高于欠壓閾值后，進入快速充電階段，以恒定電流對電池進行充電。
• 滿充電：當電池電壓達到電池調節電壓時，進入滿充電階段，以恒定電壓對電池進行充電。
• 頂充：滿充電完成后，進入頂充階段，繼續以恒定電壓充電，直到頂充定時器超時。

控制環路

它包含多個控制環路，如電壓調節環路、充電電流調節環路和輸入電流調節環路。

• 電壓調節環路：通過內部誤差放大器（GMV）來維持電壓調節，補償點在CCV。
• 充電電流調節環路：通過測量電流感測電阻（R18）兩端的電壓來感測電流，誤差放大器（GMI）的補償點在CCI。
• 輸入電流調節環路：通過測量CSSP和CSSN之間的電流感測電阻（R12）兩端的電壓來感測輸入電流，誤差放大器（GMS）的補償點在CCS。

PWM控制器

PWM控制器驅動外部MOSFET來控制充電電流或電壓，輸入為CCI、CCV或CCS中的最小值。內部有斜率補償，確保在寬占空比范圍內穩定工作。同時，內置的死區時間可以防止短路電流，但可能會導致同步整流器的體二極管導通，可通過并聯肖特基整流器來解決。

六、設計要點

設置電池調節電壓

通過VADJ引腳可以調整電池調節電壓，調整范圍為±5%。計算公式為： [V{A D J}=left(frac{9.5 × V{B A T T R}}{N}right)-left(9.0 × V_{R E F}right)] 其中，VBATTR是N倍的電池電壓，N為電池節數，CELL用于選擇電池節數。

設置充電電流限制

通過ISETOUT引腳的電壓來確定充電電流，計算公式為： [I{CHG}=I{FSI} frac{V{ISETOUT }}{V{REF }}] 其中，IFSI為滿量程充電電流，由CS和BATT之間的電流感測電阻（R18）決定，即(IFSI = 0.2V / R18)。

設置輸入電流限制

通過ISETIN引腳的電壓來設置輸入電流限制，計算公式為： [I{IN}=I{F S S} frac{V{ISETIN }}{V{REF }}] 其中，IFSS為滿量程源電流，由CSSP和CSSN之間的電流感測電阻（R12）決定，即(I_{F S S}=0.1V / R12)。

電感選擇

電感值的選擇會影響紋波電流，一般選擇使紋波電流約為直流平均充電電流的30%至50%。計算公式為： [L=frac{V{BATT }left(V{DCIN(MAX) }-V{BATT }right)}{V{DCIN(MAX )} × f × I_{CHG} × LIR }] 其中，f為開關頻率（300kHz），LIR為紋波電流與直流充電電流的比值。

電容選擇

• 輸入電容：要能夠處理輸入RMS電流，計算公式為： [I{CIN} approx I{CHG} sqrt{D-D^{2}}] 其中，ICIN為輸入電容RMS電流，D為PWM轉換器占空比，ICHG為電池充電電流。
• 輸出電容：其電容值和ESR對濾波效果和PWM電路的穩定性至關重要，最小輸出電容計算公式為： [C{OUT }>frac{V{REF }left(1+frac{V{BATT }}{V{DCIN(MIN) }}right)}{V{BATT } × f × R{CS}}] 最大輸出電容ESR計算公式為： [R{ESR}{CS} × V{BATT}}{V{REF }}]