MAX77785/MAX77786：高性能单电芯锂电池充电器的深度解析

一、引言

在当今的电子设备领域，对高效、可靠的电池充电解决方案的需求日益增长。特别是在便携式设备如游戏设备、VR 应用、平板电脑等中，单电芯锂电池的充电管理至关重要。Analog Devices 推出的 MAX77785/MAX77786 芯片，为我们提供了一款高性能的单电芯锂电池充电器解决方案。接下来，我们将对这款芯片进行详细的分析。

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二、芯片概述

（一）基本特性

MAX77785/MAX77786 是一款带有 Smart Power Selector™ 的高性能高输入 3.5/5.5A 快速充电器。它能够在不额外增加电感的情况下作为反向升压转换器工作，允许电池通过充电端口共享其电量，并且提供从 4.505V 到 10.805V 的可编程输出电压。

该芯片集成了低损耗功率开关，即使在高输入电压和高充电电流的情况下，也能提供小尺寸解决方案和高效率。其高开关频率允许使用更小尺寸的电感，在反向升压模式下具有真正的负载断开功能，并具有可调的输出电流保护限制。通过 I2C 配置，该器件具有高度的灵活性和可编程性，支持 Li - ion、Li - polymer 和 (LiFePO_{4}) 等多种电池化学体系。

（二）应用领域

它适用于多种设备，包括游戏设备、VR 应用、移动销售点 (mPOS) 设备以及平板电脑等。这些应用场景通常对电池充电速度和效率有较高的要求，MAX77785/MAX77786 正好满足了这些需求。

三、芯片关键特性与优势

（一）充电性能

1. 高充电电流：MAX77786 最高支持 5.5A 充电，MAX77785 最高支持 3.5A 充电，能够满足快速充电的需求。
2. 高效率：在 4A 充电电流、15V 输入的情况下，降压效率可达 90%，有效减少了能量损耗，提高了充电效率。
3. 输入电流限制：通过 AICL（自适应输入电流限制）功能，MAX77786 最高输入电流限制可达 5.5A，MAX77785 最高可达 3.5A，可根据不同的电源适配器进行灵活调整。

（二）电压特性

1. 宽输入电压范围：输入工作电压范围为 4.7V 到 18.2V，绝对最大输入电压额定值为 +26V，能够适应多种不同的电源输入。
2. 可编程输出电压：反向升压模式下，可编程输出电压选项最高可达 10.805V，MAX77786 最高可达 16.2W，MAX7785 最高可达 10.8W，满足不同的应用需求。

（三）安全特性

1. 电池温度监测与充电安全定时器：能够实时监测电池温度，避免电池在异常温度下充电，确保充电安全。充电安全定时器可选择 3 小时到 10 小时，还可设置禁用。
2. 热调节与热关断：当芯片温度过高时，热调节功能会降低充电电流，以保护芯片；当温度超过一定阈值时，热关断功能会自动关闭充电器。
3. 系统电压过压/欠压锁定：防止系统电压过高或过低，保护设备免受损坏。

四、芯片详细功能分析

（一）开关模式充电器

1. 完整的充电模式：支持预充电、恒流充电和恒压充电三种模式，预充电电流为 55mA，涓流充电电流为 300mA，恒流充电电流可在 50mA 到 5.5A（MAX77786）或 50mA 到 3.5A（MAX77785）之间以 50mA 为步长进行调整。
2. 智能功率选择器：能够在充电适配器、系统和电池之间优化分配功率。当由充电适配器供电时，电池可以为系统提供补充电流；当电池深度放电或缺失时，充电适配器也能支持系统启动。
3. 输入电流限制：CHGIN 输入电流限制可独立编程，默认设置为 500mA，支持 AC - DC 壁式适配器，具备反向泄漏保护功能，防止电池向输入端漏电。

（二）智能功率选择器（SPS）

1. 功能架构：SPS 架构是一个由内部开关和控制回路组成的网络，用于在外部电源 CHGIN、BYP、SYS 和 BATT 之间分配能量。它主要包括 CHGIN 输入开关、DC - DC 开关（(Q{HS}) 和 (Q{LS}) ）以及电池到系统开关（(Q_{BATT}) ）。
2. 能量分配优先级：当有有效的外部电源时，外部电源是主要能源，电池是次要能源，能量优先供应给 BYP，其次是 SYS，剩余能量用于给电池充电；当 CHGIN 没有电源时，电池是主要能源，BYP（如果选择升压模式）和 SYS 共享相同的优先级，并且能量供应受 (B_{2}SOVRC) 阈值限制。

（三）充电状态

芯片具有多种充电状态，包括无输入电源或充电空闲状态、预充电状态、涓流充电状态、快速充电恒流状态、快速充电恒压状态、顶充状态和完成状态。每个状态都有相应的条件和转换规则，确保电池能够安全、快速地充电。

（四）热管理

1. 热折返：当芯片结温超过 REGTEMP（(T_{REG}) ）设定的值时，热限流电路会降低电池充电器的目标电流，以调节芯片结温，确保充电过程中的安全性和稳定性。
2. 热敏电阻输入（THM）：可用于实现充电暂停、符合 JEITA 标准的充电以及电池移除检测等功能。通过连接外部负温度系数（NTC）热敏电阻，可以监测电池或系统温度。

五、应用电路与布局指南

（一）典型应用电路

文档中给出了 MAX77785/MAX7786 的典型应用电路，包括各个引脚的连接方式和所需的外部元件。在实际应用中，我们需要根据具体的需求进行适当的调整。

（二）布局指南

为了确保芯片的性能和稳定性，在 PCB 布局时需要遵循一定的指南：

1. 将 CHGIN、BYP、SYS 和 BATT 旁路电容尽可能靠近芯片引脚放置，并连接到 PCB 顶层的电源接地平面。确保 BYP 电容接地和 SYS 电容接地之间的连接尽可能直接、短且宽。
2. 将 PVDD 和 VDD 旁路电容尽可能靠近芯片放置，以减小旁路电容和芯片之间的环路面积。
3. 对于高电流连接，如 CHGIN、BYP、LX、SYS 和 BATT，使用宽而短的走线。
4. 对 BATSP 和 BATSN 采用开尔文检测，尽可能靠近电池端子连接，以确保正确检测电池电压。
5. 不要将 AGND 直接与顶层的 PGND 连接，在 AGND 和 PGND 之间分配接地隔离。

六、总结

MAX77785/MAX77786 芯片为单电芯锂电池充电提供了一个高性能、高集成度且安全可靠的解决方案。它具有丰富的功能和灵活的配置选项，适用于多种不同的应用场景。在实际设计中，我们需要根据具体的需求和条件，合理选择芯片型号，并严格遵循布局指南，以确保芯片能够发挥出最佳性能。你在使用这款芯片的过程中，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享。