MAX17702：4.5V 至 60V 同步降压铅酸电池充电器控制器深度解析

在电子设备的电源管理领域，铅酸电池充电器控制器扮演着至关重要的角色。今天，我们要深入探讨的是 Analog Devices 推出的 MAX17702，一款高性能的 4.5V 至 60V 同步降压铅酸电池充电器控制器。

文件下载：MAX17702.pdf

一、产品概述

MAX17702 属于 Himalaya 系列，该系列的电压调节器 IC、电源模块和充电器能实现更凉爽、更小巧且更简单的电源解决方案。MAX17702 专为铅酸（Pb - acid）电池充电设计，输入电压范围为 4.5V 至 60V，工作温度范围在 - 40°C 至 + 125°C 之间，能提供 ±4% 精确的恒流调节充电解决方案，输出电压可在 1.25V 至 ( (V_{DCIN}-2.1V) ) 范围内进行编程，调节精度为 ±1%。此外，它还具备输入短路保护功能，可防止电池放电。

二、产品特性与优势

2.1 优化的特性集

• 充电精度高：充电电流调节精度为 ±4%，充电电流监测精度（ISMON）为 ±6%，电压调节精度为 ±1%。
• 工作范围广：输入电压范围为 4.5V 至 60V，输出电压范围可在 1.25V 至串联的四个 12V 铅酸电池电压之间进行调节。
• 频率可调：开关频率可在 125kHz 至 2.2MHz 之间调节，并支持外部时钟同步。
• 可靠的保护机制：具备输入短路保护、深度放电电池检测和预处理、电池温度感应及充电、输出电压温度补偿、逐周期过流限制、可编程 EN/UVLO 阈值等功能，还符合 CISPR 32 (EN55032) 类 B 传导和辐射发射标准。

2.2 充电状态与模式

充电过程会根据电池电压从预充电、恒流（CC）和吸收恒压（CV）三种状态之一开始。在吸收 CV 状态下，检测到锥流阈值（ITCHG）或吸收 CV 定时器超时后，充电器将进入浮充 CV 状态，持续调节输出电压以维持电池的满充状态。

三、电气特性

3.1 电源相关特性

• 输入电压范围：DCIN 电压范围在使用外部 nMOSFET 时为 5.5V 至 60V，不使用时为 4.5V 至 60V；VIN 电压范围为 4.5V 至 60V。
• 电流特性：输入静态电流、输入开关电流和关断电源电流等参数都有明确的规定，例如输入静态电流在典型情况下为 2.1mA。

3.2 其他关键特性

• 使能/欠压锁定（EN/UVLO）：具有上升和下降阈值，以及偏置电流等参数，确保充电器在合适的电压下启动和关闭。
• VCC 调节器：包括内部 LDO 和外部 LDO，能提供稳定的 VCC 输出电压，且具备输出电流限制、压降电压和欠压阈值等特性。
• 振荡器（RT/SYNC）：开关频率可通过连接不同阻值的电阻进行编程，还支持外部时钟同步，同步频率范围为 0.9 x fSW 至 1.1 x fSW。

四、引脚配置与功能

MAX17702 采用 24 引脚 TQFN 封装，各引脚功能明确：

• PGND：电源接地，连接到靠近 IC 的 VCC 旁路电容的返回端和外部低侧 nMOSFET 的源极。
• VCC：内部 LDO 输出，需连接至少 4.7μF/0805 的低 ESR 陶瓷电容。
• EXTVCC：外部电源输入，用于外部 LDO，电压范围为 4.8V 至 24V。
• CSP 和 CSN：用于测量电流检测电阻两端的电压，是电流环误差放大器的输入。
• ISMON：充电电流监测输出，通过连接 1nF 低 ESR 陶瓷电容进行旁路。
• FLG1 和 FLG2：开漏状态输出引脚，用于指示充电器的状态。

五、工作原理与充电流程

5.1 平均电流模式控制架构

MAX17702 采用恒定频率、平均电流模式控制架构。内部电流环通过跨导放大器（(g{mi})）感应电感电流，将电流检测电压与电流环参考电压（(V{REFI})）进行比较，再通过 PWM 比较器设置转换器的占空比。输出电压由电压误差放大器（(G_{V})）监测，通过电阻分压器连接到 FB 引脚进行调节。

5.2 充电流程

• 预充电状态：当 (V_{DDTH}<1.25V) 时，充电器进入预充电状态，充电电流参考设置为 CC 模式充电电流的 10%，以对深度放电的电池进行预处理。
• 恒流（CC）状态：当 (V_{DDTH} ≥1.25V) 时，充电器进入 CC 状态，充电电流（ICHG）按比例调节到 CC 模式充电电流，直到输出电压达到 CV 模式阈值。
• 吸收恒压（CV）状态：进入吸收 CV 状态后，充电电流是输出电压的函数。当充电电流自然下降到锥流阈值或充电器定时器计数超过吸收 CV 定时器超时时，充电器进入浮充 CV 状态。
• 浮充恒压（CV）状态：在浮充 CV 状态下，输出电压继续调节到电池的浮充电压水平，以维持电池的满充状态。

六、应用信息与设计要点

6.1 元件选择

• 电感选择：需考虑电感值（L）、直流电阻（RDCR）和电感饱和电流（ISAT）等参数，电感值可根据电感电流纹波比（LIR）计算得出。
• 输出电容选择：为减少电池两端的电压纹波，可使用 X7R 陶瓷电容和/或低 ESR POSCAP 电容。
• 输入电容选择：输入滤波电容可减少从电源汲取的峰值电流和开关转换器引起的输入噪声和电压纹波。
• MOSFET 选择：包括输入短路保护外部 nMOSFET 和降压转换器 nMOSFET 的选择，要考虑导通电阻、最大漏源电压、米勒平台电压等参数。

6.2 关键参数设置

• CC 模式充电电流设置：通过设置 ILIM 引脚的电压和选择合适的电流检测电阻 RS 来实现。
• 输入欠压锁定水平设置：使用 EN/UVLO 引脚可调节输入欠压锁定水平。
• 输出电压和温度补偿设置：通过 FB 引脚和反馈电阻分压器电路实现输出电压的调节和电池充电电压的温度补偿。

6.3 PCB 布局指南

PCB 布局对于实现低损耗和低 EMI 排放至关重要，需遵循一系列布局准则，如将陶瓷输入滤波电容尽可能靠近高侧 nMOSFET 的漏极和低侧 nMOSFET 的源极放置，使用 Kelvin 连接和差分对布线等。

七、总结

MAX17702 作为一款高性能的铅酸电池充电器控制器，凭借其广泛的输入电压范围、精确的充电调节、丰富的保护功能和灵活的参数设置，为铅酸电池充电应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择元件、设置参数和进行 PCB 布局，以充分发挥 MAX17702 的性能优势。大家在使用过程中，有没有遇到过一些特殊的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。