MAX1737：獨立開關(guān)模式鋰離子電池充電器控制器的深度解析

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電池充電管理是至關(guān)重要的一環(huán)。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(yōu)秀的獨立開關(guān)模式鋰離子電池充電器控制器——MAX1737。

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一、產(chǎn)品概述

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

高精度電壓調(diào)節(jié)

它可以提供調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換

外部N溝道開關(guān)和同步整流器的設(shè)計，使得它在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)都能保持高效率。

安全保護

內(nèi)置的安全定時器會在達到可調(diào)節(jié)的時間限制后自動終止充電，防止過充情況的發(fā)生。

多模式控制

通過兩個環(huán)路協(xié)同工作，能夠在電壓和電流調(diào)節(jié)之間實現(xiàn)平滑過渡，還額外有一個控制環(huán)路來監(jiān)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(jiān)測電池溫度，當(dāng)電池溫度超出可接受范圍時停止充電。該產(chǎn)品采用節(jié)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(shè)計時間。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX1737的應(yīng)用十分廣泛，涵蓋了多個領(lǐng)域：

• 筆記本電腦：為筆記本電腦的鋰離子電池提供穩(wěn)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(xiàn)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(fù)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(diào)整和電池充電電流調(diào)整等。

主要引腳功能

• VL：芯片電源輸出，是從DCIN經(jīng)過5.4V線性穩(wěn)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(shè)置電壓，用于調(diào)整輸入電流限制。
• ISETOUT：同樣通過分壓器設(shè)置電壓，來調(diào)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(shè)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(chǎn)品在不同電源環(huán)境下的適應(yīng)性。
• REF輸出電壓：典型值為4.2V，精度較高。

開關(guān)調(diào)節(jié)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(xiàn)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(shù)，如CS到BATT電流感測電壓等，這些參數(shù)對于精確控制充電電流和電壓至關(guān)重要。

狀態(tài)機

狀態(tài)機相關(guān)的參數(shù)包括溫度閾值、電池欠壓和過壓閾值等，這些參數(shù)確保了充電過程的安全和穩(wěn)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(shù)，決定了產(chǎn)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(yù)充電、快速充電、滿充電和頂充等。

• 預(yù)充電：當(dāng)電池電壓低于欠壓閾值時，充電器進入預(yù)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(dāng)電池電壓達到電池調(diào)節(jié)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(xù)以恒定電壓充電，直到頂充定時器超時。

控制環(huán)路

它包含多個控制環(huán)路，如電壓調(diào)節(jié)環(huán)路、充電電流調(diào)節(jié)環(huán)路和輸入電流調(diào)節(jié)環(huán)路。

• 電壓調(diào)節(jié)環(huán)路：通過內(nèi)部誤差放大器（GMV）來維持電壓調(diào)節(jié)，補償點在CCV。
• 充電電流調(diào)節(jié)環(huán)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(diào)節(jié)環(huán)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(qū)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(nèi)部有斜率補償，確保在寬占空比范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。同時，內(nèi)置的死區(qū)時間可以防止短路電流，但可能會導(dǎo)致同步整流器的體二極管導(dǎo)通，可通過并聯(lián)肖特基整流器來解決。

六、設(shè)計要點

設(shè)置電池調(diào)節(jié)電壓

通過VADJ引腳可以調(diào)整電池調(diào)節(jié)電壓，調(diào)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(jié)數(shù)，CELL用于選擇電池節(jié)數(shù)。

設(shè)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(shè)置輸入電流限制

通過ISETIN引腳的電壓來設(shè)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(guān)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(zhuǎn)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(wěn)定性至關(guān)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 }}]