MAX1873：簡單限流開關模式鋰離子充電器控制器的深度剖析

在電子設備的設計中，電池充電管理是至關重要的一環。而MAX1873R/S/T作為一款低成本的鋰離子充電器控制器，為2 - 4節鋰離子電池的充電提供了簡單高效的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產品。

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一、產品概述

MAX1873R/S/T能夠以高達4A或更高的電流，簡單高效地為2、3或4節串聯的鋰離子電池充電。它在電池端子處提供調節后的充電電流和電壓，總電壓誤差小于±0.75%。通過外部P溝道MOSFET以降壓DC - DC配置工作，能在低成本設計中實現高效電池充電。此外，它還具備為鎳基電池充電的能力，并且有模擬輸出用于監控充電電流。同時，該器件還提供了評估套件（MAX1873EVKIT），可幫助加快設計進程。

二、產品特性

（一）充電功能強大

既可以為2 - 4節串聯的鋰離子電池充電，也能為鎳基電池充電，滿足了多化學體系充電器的設計需求。

（二）高精度控制

通過兩個控制回路協同工作，能在電壓和電流調節之間平穩過渡，精確調節電池電壓和充電電流。同時，額外的控制回路可限制從輸入源汲取的電流，有助于減小AC適配器的尺寸和成本。

（三）性能指標優越

• 電池調節電壓精度達到±0.75%，確保電池充電的安全性和穩定性。
• 關機時電池電流僅為5μA，可有效減少電池自放電。
• 輸入電壓最高可達28V，能適應多種電源輸入。
• 200mV的壓差電壓和100%的占空比，保證了充電效率。
• 300kHz的PWM振蕩器可降低噪聲。

  （四）封裝與設計優勢

  采用節省空間的16引腳QSOP封裝，并且有評估套件可供使用，能有效縮短設計時間。

三、產品選型

（一）不同型號的溫度范圍與封裝

MAX1873REEE、MAX1873SEEE和MAX1873TEEE的溫度范圍均為 - 40°C至 + 85°C，封裝均為16引腳QSOP。

（二）適用的電池類型

工程師們在選型時，需要根據實際的電池類型和數量來選擇合適的型號。

四、電氣特性

（一）輸入電源與參考

• DCIN輸入電壓范圍為6V至28V，能適應多種電源輸入。
• DCIN靜態電源電流在不同條件下有不同的取值范圍，如在6.0V < VDCIN < 28V時，典型值為4mA，最大值為7mA。
• REF輸出電壓在特定負載下為4.2V，且具有良好的線路和負載調節特性。

  （二）開關調節器

• PWM振蕩器頻率為270kHz至330kHz，能有效降低噪聲。
• EXT驅動源導通電阻和灌電流導通電阻在一定范圍內，確保了MOSFET的正常驅動。

  （三）電池相關特性

• 不同版本的MAX1873在電池過壓截止閾值、電池調節電壓和電池欠壓閾值等方面有不同的參數，以適應不同節數的鋰離子電池。例如，MAX1873R（2節鋰離子電池）的電池調節電壓在不同VADJ設置下有不同的值。

  （四）電流檢測

• CSB到BATT的電池電流檢測電壓和CSSP到CSSN的電流檢測電壓在一定范圍內，可用于精確監測充電電流。

  （五）控制輸入/輸出

• ICHG/EN輸入閾值包含50mV的滯后，可防止誤觸發。
• IOUT電壓與CSB - BATT電壓成正比，可用于監測充電電流。

五、典型工作特性

通過一系列的圖表，如IOUT電壓與CSB - BATT電壓的關系、電池電壓與充電電流的關系、電池調節電壓與VADJ電壓的關系等，可以直觀地了解MAX1873在不同工作條件下的性能表現。這些特性曲線對于工程師在實際設計中進行參數調整和性能優化具有重要的參考價值。

六、引腳描述

MAX1873的每個引腳都有其特定的功能，以下是一些關鍵引腳的介紹：

（一）CSSN和CSSP

用于輸入源電流檢測，通過連接電流檢測電阻可限制從輸入源汲取的總電流。

（二）ICHG/EN

用于調整電池充電電流或關閉充電功能。當連接到REF時，可實現滿量程充電電流；拉低該引腳可關閉充電并降低電源電流。

（三）IOUT

充電電流監測輸出，輸出的模擬電壓與充電電流成正比，可方便地進行充電狀態監測。

（四）VADJ

用于調整電池調節電壓，通過設置VADJ電壓可實現不同的電池調節電壓。

（五）REF

輸出4.2V的參考電壓，需要通過1μF的陶瓷電容旁路到地。

七、詳細工作原理

（一）電壓調節器

鋰離子電池充電時需要高精度的電壓限制。MAX1873的電池調節電壓標稱值為每節4.2V，可通過設置VADJ電壓在REF和地之間調整±5.25%。內部誤差放大器可將電壓調節在±0.75%以內，并且在CCV引腳進行補償，以實現最佳的調節效果。

（二）充電電流調節器

通過連接在BATT和CSB之間的電流檢測電阻（RCSB）來檢測充電電流，同時ICHG/EN引腳的電壓也可調節充電電流。充電電流誤差放大器在CCI引腳進行補償，以確保充電電流的穩定。

（三）輸入電流調節器

當輸入電流達到設定的輸入電流限制時，通過降低充電電流來限制源電流。輸入電流通過連接在CSSP和CSSN之間的外部檢測電阻（RCSS）進行測量，輸入電流誤差放大器在CCS引腳進行補償。

（四）PWM控制器

以恒定的300kHz驅動外部MOSFET，調節充電電流和電壓，同時保持低噪聲。它接受來自CCI、CCV和CCS誤差放大器的輸入，取三者中的最低信號來驅動PWM控制器。

（五）關機與欠壓保護

當ICHG/EN引腳被拉低（低于0.5V）或DCIN電壓低于BATT電壓時，MAX1873停止充電并進入關機狀態，可減少電池消耗。當DCIN電壓低于BATT + 50mV時，充電器關閉，防止電池在輸入源不足時放電。

（六）充電電流監測輸出

IOUT引腳輸出與實際充電電流成正比的模擬電壓，可配合微控制器進行電量計量、充電百分比指示或剩余充電時間估算。

八、設計步驟

（一）設置電池調節電壓

對于鋰離子電池，通過VADJ引腳設置每節電池的調節電壓限制。使用從REF到地的電阻分壓器來設置VADJ電壓，對于每節4.2V的電池電壓，可使用相等阻值（標稱100kΩ）的電阻。

（二）設置充電電流限制

充電電流由連接在CSB和BATT之間的電流檢測電阻RCSB檢測，并且也可通過ICHG/EN引腳的電壓進行調整。當ICHG/EN連接到REF時，充電電流為ICHG = 0.2V / RCSB。

（三）設置輸入電流限制

輸入源電流限制由連接在CSSP和CSSN之間的輸入電流檢測電阻RCSS設置，源電流方程為IIN = 0.1V / RCSS，通常將該限制設置為輸入電源或AC適配器的額定電流。

（四）電感選擇

選擇電感時，應使紋波電流約為直流平均充電電流的30% - 50%。可根據相關公式計算電感值和峰值電感電流，例如在特定條件下，計算得到合適的電感值。

（五）MOSFET選擇

MAX1873使用P溝道功率MOSFET開關，選擇時需要考慮其漏源導通電阻（RDS(ON)）和柵極電荷等特性，以滿足充電電路的效率或功率損耗要求。可通過計算MOSFET的工作占空比和功率損耗來選擇合適的MOSFET。

（六）二極管選擇

需要連接一個肖特基整流器，其電流額定值至少為充電電流限制，電壓額定值應超過最大預期輸入電壓。

（七）電容選擇

• 輸入電容需要能夠處理輸入RMS電流，以防止開關電流在源中循環。
• 輸出濾波電容用于吸收電感紋波電流，其電容值和ESR額定值對于濾波效果和PWM電路的穩定性至關重要。

  （八）補償組件

  輸入電流限制、充電電流限制和充電電壓限制三個調節回路分別在CCS、CCI和CCV引腳進行補償。通常在CCI和CCS引腳連接47nF的電容到地來補償電流回路，在CCV引腳連接電容與串聯電阻 - 電容并聯到地來補償電壓調節回路。

九、應用信息

（一）VL、VH和REF旁路

MAX1873使用兩個內部線性穩壓器為內部電路供電，VL和VH分別為內部控制電路和MOSFET柵極驅動器供電。需要在VL到地連接2.2μF的旁路電容、VH到DCIN連接0.22μF的電容以及REF到地連接1μF的旁路電容，以確保電路的穩定性。

（二）充電鎳氫和鎳鎘電池

MAX1873可用于多化學體系充電器。當為鎳氫或鎳鎘電池充電時，通過1.5kΩ的電阻將CCV引腳拉高（到VL），可禁用電壓控制回路，避免鋰離子電池調節電壓設置對充電的干擾。但電池欠壓保護功能仍然有效，當VBATT低于電氣特性表中規定的水平時，充電電流會降低。不過，該器件本身不包含鎳電池的充電終止算法，需要單獨的微控制器或鎳電池充電控制器來指示終止充電。

綜上所述，MAX1873是一款功能強大、性能優越的鋰離子充電器控制器，在筆記本電腦、便攜式互聯網平板電腦、手持儀器等設備的電池充電管理中具有廣泛的應用前景。工程師們在設計過程中，需要根據具體的應用需求，合理選擇器件型號，正確設置各項參數，精心選擇外圍元件，以實現最佳的充電效果。你在使用MAX1873進行設計時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。