MAX77960B/MAX77961B：2S/3S锂离子电池USB-C降压-升压充电器深度解析

在电子设备飞速发展的今天，高效稳定的电池充电管理方案至关重要。 Maxim Integrated推出的MAX77960B/MAX77961B系列产品，为2S/3S锂离子电池充电提供了优秀的解决方案。本文将深入介绍该系列充电器的特点、应用、工作原理及设计要点，希望能为电子工程师们在实际设计中提供参考。

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一、产品概述

MAX77960B和MAX77961B是高性能的宽输入降压 - 升压充电器，分别支持3A（MAX77960B）和6A（MAX77961B）输出电流。它们集成了Smart Power Selector™技术，无需额外电感即可作为反向降压转换器工作，支持USB OTG功能。

核心特性

• 宽输入电压范围：支持3.5V到25.4V的输入电压，可承受30VDC，能适配多种电源。
• 高效率充电：2S电池在9VIN/7.4VOUT/1.5AOUT条件下，以及3S电池在15VIN/12.6VOUT/2AOUT条件下，均能实现高达97%的峰值效率。
• 灵活的电流编程：输入电流和恒流充电电流均可编程，MAX77960B的输入电流限制范围为100mA至3.15A，充电电流为100mA至3A；MAX77961B的输入电流限制范围为100mA至6.3A，充电电流为100mA至6A。
• 全面的安全保护：具备充电安全定时器、热调节、输入过压/欠压保护、电池过流保护等多种安全特性，确保充电过程安全可靠。
• 多种工作模式：支持正向降压 - 升压充电和反向降压（OTG）模式，能满足不同应用场景需求。

应用领域

该系列充电器适用于多种电子设备，如USB Type - C供电的宽输入充电应用、2 - 3节电池供电的设备（包括智能手机、平板电脑、二合一笔记本电脑）、医疗设备、相机、手持计算机和终端、手持无线电、电动工具、无人机、备用电池和无线扬声器等。

二、芯片功能详细剖析

充电配置灵活性

MAX77960B/MAX77961B具有高度的灵活性，既支持通过I²C接口进行配置，也能通过电阻实现自主充电配置。通过CNFG引脚可配置开关频率（600kHz或1.2MHz）和串联电池的节数（2S或3S），方便工程师根据实际需求进行调整。

智能电源选择器（SPS）

这是该系列产品的一大亮点，它通过内部开关网络和控制回路，实现能量在外部电源（CHGIN）、电池（BAT）和系统（SYS）之间的高效分配。在有有效外部电源时，优先为系统供电，剩余能量用于充电；无外部电源时，电池为系统和OTG负载供电。这种设计确保了系统的即时启动，即使电池深度放电或缺失也能正常工作。

充电状态管理

该充电器具备多种充电状态，包括预充电、涓流充电、快速充电 - 恒流、快速充电 - 恒压、顶充和完成状态等。每个状态都有明确的电压和电流阈值，以及相应的时间限制，确保电池安全、快速地充满电。同时，充电器还提供了充电状态输出（STAT）和输入电源OK/OTG电源OK输出（INOKB）等信号，方便用户监控充电状态。

热管理

为了防止芯片过热，MAX77960B/MAX77961B采用了热折返和热关断技术。当芯片结温超过设定阈值时，热折返功能会自动降低充电电流，以减少功耗和发热；当结温继续升高达到热关断阈值时，充电器将自动关闭，保护芯片和电池安全。

反向降压（OTG）模式

在OTG模式下，充电器可作为反向降压转换器，将电池能量输送到CHGIN端，为外部设备供电。输出电压可调节至5.1V，输出电流限制可编程，最大可达3A，满足了设备的对外供电需求。

三、关键参数与设计要点

绝对最大额定值

在设计过程中，必须严格遵守芯片的绝对最大额定值，如CHGIN到GND的电压范围为 - 0.3V至+30.0V，各引脚的电压和电流限制等。超出这些限制可能会导致芯片永久性损坏。

电气特性

芯片的电气特性涵盖了输入电压范围、充电电流精度、热关断阈值等多个参数。工程师需要根据实际应用场景，选择合适的参数设置，确保充电器的性能和稳定性。例如，在选择充电电流时，需要考虑电源的输出能力和电池的充电要求。

元件选择

• 电感：电感的选择对降压 - 升压转换器的效率至关重要。根据开关频率和最大标称CHGIN电压，推荐选择合适的电感值。一般来说，较低的电感DCR能提高效率，但需要权衡电感尺寸和成本。
• 电容：CHGIN电容和SYS电容用于降低输入电流峰值和输出电压纹波，提高转换效率和稳定性。推荐使用X5R或X7R介质的陶瓷电容，根据应用需求选择合适的电容值和额定电压。

PCB布局

合理的PCB布局对于降低开关功率损耗和确保稳定运行至关重要。布局时应遵循以下原则：

• 将CHGIN电容和SYS电容靠近芯片引脚放置，减小寄生电感。
• 电感应靠近LX引脚，且连接走线应短而宽，减少PCB阻抗。
• 对称布线CSINP和CSINN引脚，提高CHGIN电流感应精度。
• 确保电源走线和负载连接短而宽，提高转换效率。

四、典型应用电路

文档中提供了三种典型应用电路，包括宽输入I²C可编程充电器、宽输入I²C可编程充电器（充电器禁用）和宽输入自主充电器。这些电路为工程师提供了不同应用场景下的设计参考，可根据实际需求进行选择和修改。

五、总结

MAX77960B/MAX77961B系列充电器以其高性能、高集成度和灵活性，为2S/3S锂离子电池的充电管理提供了优秀的解决方案。其智能电源选择器、热管理和OTG功能等特性，使其适用于多种电子设备。在设计过程中，工程师需要充分了解芯片的参数和特性，合理选择元件和进行PCB布局，以确保充电器的性能和稳定性。

大家在使用MAX77960B/MAX77961B过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流。