高效單節(jié)鋰離子脈沖充電器MAX1879的全面解析

引言

在便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電管理是至關(guān)重要的一環(huán)。一款高效、安全且簡單的充電器能夠顯著提升設(shè)備的性能和用戶體驗(yàn)。今天，我們就來深入了解一下Maxim推出的單節(jié)鋰離子（Li+）電池充電器MAX1879。

文件下載：MAX1879.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1879采用高效的脈沖充電架構(gòu)，將開關(guān)模式充電器的效率與線性充電器的簡單性和低成本相結(jié)合。它只需搭配一個(gè)限流墻式適配器和一個(gè)PMOS晶體管，就能實(shí)現(xiàn)單節(jié)Li+電池的安全快速充電。該產(chǎn)品有以下顯著特點(diǎn)：

1. 簡單設(shè)計(jì)，減少發(fā)熱：整體設(shè)計(jì)簡潔，有效降低了功率損耗和發(fā)熱問題。
2. 低元件數(shù)量，無需電感：減少了電路板空間和成本。
3. 電池充滿指示：通過CHG引腳可以方便地指示電池的充電狀態(tài)。
4. 高精度電池調(diào)節(jié)：整體系統(tǒng)精度達(dá)到0.75%，能充分利用電池容量，且不影響電池循環(huán)壽命。
5. 多種安全保護(hù)：具備連續(xù)電壓和溫度監(jiān)測、預(yù)設(shè)充電超時(shí)、預(yù)充電電流模式等功能，保障充電安全。
6. 低電池電流消耗：當(dāng)墻式適配器移除時(shí)，電池電流消耗最大僅為1.5μA。
7. 自動(dòng)重啟充電：當(dāng)電池電壓降至4.0V時(shí)，自動(dòng)重啟充電。
8. 引腳兼容升級(jí)：可作為MAX1679的引腳兼容升級(jí)產(chǎn)品。

二、產(chǎn)品規(guī)格

1. 絕對(duì)最大額定值

• 電壓范圍：不同引腳的電壓范圍有所不同，如IN、CHG、GATE到GND為 -0.3V 至 +26V；BATT、TSEL、THERM、ADJ到GND為 -0.3V 至 +6V等。
• 功耗：在TA = +70°C時(shí)，8引腳μMAX封裝的連續(xù)功率耗散為330mW，高于 +70°C時(shí)需按4.1mW/°C降額。
• 溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -65°C 至 +150°C，焊接時(shí)引腳溫度10s內(nèi)可達(dá) +300°C。

2. 電氣特性

在不同條件下，MAX1879的各項(xiàng)電氣參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，輸入電壓范圍在外部PMOS FET關(guān)閉時(shí)為4.4 - 22V；預(yù)充電源電流在VBATT = 2V時(shí)為5 - 12mA；電池調(diào)節(jié)電壓范圍為4.0 - 4.2V等。具體參數(shù)可參考文檔中的詳細(xì)表格。

三、引腳配置與功能

1. 引腳描述

2. 典型工作電路

典型工作電路包括限流交流墻式適配器、LED、PMOS FET、熱敏電阻等元件。通過合理連接這些元件，可實(shí)現(xiàn)MAX1879的正常工作。

四、充電過程詳解

1. 啟動(dòng)充電循環(huán)

MAX1879可通過插入電池、接入外部電源或切換THERM引腳來啟動(dòng)快速充電。在充電開始前，會(huì)驗(yàn)證電池條件是否在安全范圍內(nèi)，包括電池電壓大于2.5V且小于調(diào)節(jié)電壓（默認(rèn)4.2V），以及電池溫度在 +2.5°C 至 +47.5°C 之間。若電池電壓低于2.5V，會(huì)先以8mA進(jìn)行預(yù)充電，待電池電壓達(dá)到2.5V且滿足安全條件后，開始快速充電。

2. 快速充電

當(dāng)電池條件滿足要求時(shí)，MAX1879通過拉低GATE引腳，開啟外部PMOS FET，實(shí)現(xiàn)快速充電。充電電流由外部電源的電流限制決定，PMOS FET僅作為開關(guān)，減少了功率損耗。采用滯回算法，通過采樣電池電壓來控制PMOS FET的開關(guān)，消除了因充電電流流經(jīng)電池保護(hù)開關(guān)或熔絲鏈路的串聯(lián)電阻而產(chǎn)生的電池電壓傳感誤差。當(dāng)開/關(guān)占空比降至1/8時(shí)，CHG LED熄滅，表示電池充電至約95%容量。

3. 脈沖頂部充電

在頂部充電階段，電流開始時(shí)以1/8的占空比開啟，隨著充電進(jìn)行，“電流開啟”模式的時(shí)間百分比逐漸減少。最終，在單個(gè)“開啟”脈沖之間，電流會(huì)關(guān)閉多個(gè)周期。盡管瞬時(shí)電池電壓可能超過電池調(diào)節(jié)電壓，但由于脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于鋰離子電池的固有化學(xué)時(shí)間常數(shù)，不會(huì)對(duì)電池造成損害。當(dāng)充電定時(shí)器到期（約6.25小時(shí)）時(shí)，頂部充電完成。

4. 充電狀態(tài)指示

五、應(yīng)用信息

1. 應(yīng)用電路

MAX1879的應(yīng)用電路非常簡單，僅需一個(gè)限流墻式適配器、一個(gè)PMOS FET、兩個(gè)小電容和一個(gè)10kΩ熱敏電阻/電阻。還可根據(jù)需要添加LED作為充電狀態(tài)指示器、電阻（RADJ）來調(diào)整最大充電電壓，以及反向電流保護(hù)二極管。

2. 電池調(diào)節(jié)電壓調(diào)整

通過在ADJ和GND之間連接一個(gè)電阻，可以簡單地降低電池的最大目標(biāo)電壓。計(jì)算公式為：[R{ADJ}=frac{10kΩ}{frac{V{BR}}{V_{BR'}} - 1}]，其中VBR為默認(rèn)電池調(diào)節(jié)電壓（4.2V），VBR'為調(diào)整后的電壓。使用1%公差的電阻在ADJ端只會(huì)使系統(tǒng)精度降低百分之幾。

3. 最小導(dǎo)通時(shí)間選擇

4. 外部元件選擇

• 電源：選擇具有電流限制的電源，通常為輸出電壓約5V或6V的小型“墻式適配器”開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
• PMOS開關(guān)：選擇PMOS FET時(shí)，需考慮最小漏源擊穿電壓、最小開啟閾值電壓（VGS）、電流處理和功率耗散等規(guī)格。最小擊穿電壓（BVDS）應(yīng)至少比墻式適配器的開路電壓高25%。
• 熱敏電阻：THERM引腳用于通過外部熱敏電阻抑制在電池過冷或過熱時(shí)的快速充電。熱敏電阻應(yīng)在 +25°C 時(shí)為10kΩ，具有負(fù)溫度系數(shù)（NTC）。若不需要溫度判定，可將熱敏電阻替換為10kΩ電阻。
• 旁路電容：ADJ引腳需用2000pF陶瓷電容旁路，BATT引腳需用每安培充電電流至少1.5μF的電容旁路。在電池可移除的應(yīng)用中，應(yīng)避免使用超過100μF的電容，且總電容中至少0.47μF應(yīng)為低ESR陶瓷電容。

5. 布局指南

MAX1879對(duì)布局的噪聲敏感度較低，由于在高電流脈沖期間和之間都對(duì)電池電壓進(jìn)行傳感，系統(tǒng)對(duì)接地壓降不敏感。但建議建立良好的接地區(qū)域和大尺寸的高電流路徑走線。

六、總結(jié)

MAX1879是一款功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)簡單的單節(jié)鋰離子脈沖充電器，具有高效、安全、高精度等優(yōu)點(diǎn)。通過合理選擇外部元件和優(yōu)化布局，能夠滿足各種便攜式設(shè)備的充電需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師可以根據(jù)具體應(yīng)用場景，靈活運(yùn)用MAX1879的各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)可靠的電池充電管理。大家在使用MAX1879的過程中，有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。