MAX8903A–E/G/H/J/N/Y：高效的单节锂电池充电器

在电子设备的电源管理领域，一款出色的充电器对于设备的性能和稳定性起着至关重要的作用。今天我们要深入探讨的是Maxim Integrated推出的MAX8903A–E/G/H/J/N/Y系列，这是一款专为单节锂电池设计的2A DC - DC充电器，适用于USB和适配器电源。

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产品概述

MAX8903A - 系列集成了单节锂电池充电器和智能电源选择器，具备双电源输入（AC适配器和USB）。其开关模式充电器采用高开关频率，有效消除了热量问题，同时允许使用微小的外部组件。该系列产品内部集成了用于充电以及在电池和外部电源之间切换负载的所有电源开关，无需外部MOSFET、阻塞二极管或电流检测电阻。

产品特性

高效散热与小尺寸设计

• 高效DC - DC转换器：采用高效的DC - DC转换器，能够有效消除热量，提高充电器的工作效率。
• 4MHz开关频率：高达4MHz的开关频率，使得外部组件可以设计得非常微小，节省了电路板空间。

即时启动与多模式支持

• 即时启动功能：即使电池电量极低或无电量，也能实现即时启动，确保设备的正常运行。
• 双电流限制输入：支持AC适配器和USB两种输入方式，并且具备双电流限制功能，可根据不同的输入源进行灵活调整。
• 自动切换功能：能够自动在适配器、USB和电池之间进行切换，以支持负载瞬变，保证系统的稳定供电。

智能电源控制与安全保护

• 优化的智能电源控制：能够充分利用有限的USB或适配器电源，独立设置电池充电电流和SYS输出电流限制。当系统不需要使用全部功率时，多余的功率将用于给电池充电。
• 多重安全保护：具备过压保护、热限制、充电状态和故障输出、电源正常监测以及电池热敏电阻监测等功能，确保充电器和电池的安全。

电气特性

输入电压范围

• DC输入：工作电压范围为4.15V至16V，具备高达20V的保护能力。不同的输入条件下，DC的欠压和过压阈值会有所不同，例如在无有效USB输入时，DC欠压阈值典型值为4.0V；在有有效USB输入时，该值为4.3V。
• USB输入：工作电压范围为4.1V至6.3V，具备高达8V的保护能力。USB过压阈值典型值为6.9V。

电流限制与输出特性

• 充电电流设置：通过连接电阻到ISET引脚，可以将快速充电电流设置高达2A，预充电电流为快速充电电流的10%。
• 输出电流限制：DC降压输出电流限制可在0.5A至2A之间进行调节，USB输入电流可设置为100mA或500mA。
• SYS输出特性：不同版本的MAX8903_，其最小SYS调节电压和调节电压有所差异。例如，MAX8903A/B/E/G/Y的最小SYS调节电压为3.0V，而MAX8903C/D/H/J/N为3.4V。

电池充电特性

• 电池调节电压：不同版本的MAX8903_，其电池调节电压也有所不同。如MAX8903A/B/C/G/H在常温下的电池调节电压典型值为4.2V，而MAX8903D/E为4.1V。
• 充电模式与终止条件：当电池电压低于预充电阈值时，充电器进入预充电模式，以10%的最大快速充电速率进行充电；当电池电压达到调节电压且充电电流降至最大快速充电电流的10%时，充电器进入完成状态。充电完成后，还会进行15s的顶部充电。

其他特性

• 热敏电阻监测：通过连接负温度系数（NTC）热敏电阻到THM引脚，可监测电池或系统温度。当温度超出范围时，充电将暂停，充电定时器也会暂停。
• 充电定时器：预充电和快速充电定时器由CT引脚的电容控制。例如，当CCT = 0.15µF时，预充电时间为33分钟，快速充电时间为660分钟。在快速充电模式下，如果充电电流下降到编程快速充电水平的50%以下，快速充电定时器会减慢2倍；如果下降到20%以下，定时器会暂停。

应用电路与设计要点

典型应用电路

MAX8903_有两种典型应用电路，一种使用单独的DC和USB连接器，另一种使用Mini 5风格连接器或其他DC/USB通用连接器。这两种电路都包含了输入滤波电容、VL滤波电容、SYS输出旁路电容、电池旁路电容、充电器定时电容等外部组件。

外部组件选择

• 电容选择：输入滤波电容（CDC、CUSB）建议使用4.7µF陶瓷电容；VL滤波电容（CVL）使用1.0µF陶瓷电容；SYS输出旁路电容（CSYS）根据不同版本的MAX8903_，分别选择10µF（MAX8903A/C/D/H/J）或22µF（MAX8903B/E/G/Y）陶瓷电容；电池旁路电容（CBAT）使用10µF陶瓷电容；充电器定时电容（CCT）使用0.15µF低TC陶瓷电容。
• 电阻选择：逻辑输出上拉电阻（RPU）使用4个100kΩ电阻；THM上拉电阻（RT）使用10kΩ电阻；DC输入电流限制编程电阻（RIDC）根据所需的电流限制进行选择，例如对于2A限制，可选择3kΩ±1%的电阻；快速充电电流编程电阻（RISET）同样根据所需的充电电流进行选择，如对于1A充电，可选择1.2kΩ±1%的电阻。
• 电感选择：DC输入降压电感（L1）的选择需要考虑输入电压范围、开关频率和输出电流限制等因素。不同的输入电压和电流限制条件下，推荐的电感值和型号也不同。例如，对于5V±10%输入、2A输出电流限制的MAX8903H/J/N/Y，推荐使用1.0µH的电感，如Vishay的IFSC1008ABER1R0M01或Murata的LQH32PN1R0 - NN0。

PCB布局与布线

• 接地设计：良好的PCB布局和布线对于充电器的性能至关重要。GND和PG应仅在一点连接到电源接地平面，以最小化电源接地电流的影响。电池接地应直接连接到电源接地平面。
• 电阻连接：ISET和IDC电流设置电阻应直接连接到GND，以避免电流误差。
• 散热设计：将GND直接连接到IC下方的暴露焊盘，并使用多个紧密间隔的过孔连接到接地平面，有助于IC的散热。
• 电容位置：将DC、SYS、BAT和USB的输入电容尽可能靠近IC放置，并保持连接到DC、SYS和BAT的高电流走线短而宽。

不同版本差异

MAX8903_系列有多种版本可供选择，它们在基本架构和功能上相同，但在某些电气和操作参数上存在差异，具体如下表所示：

参数	MAX8903A	MAX8903B	MAX8903C	MAX8903D	MAX8903E	MAX8903G	MAX8903H	MAX8903J	MAX8903N	MAX8903Y
最小SYS调节电压（VSYSMIN）	3.0V	3.0V	3.4V	3.4V	3.0V	3.0V	3.4V	3.4V	3.4V	3.0V
SYS调节电压（VSYSREG）	4.4V	4.325V	4.4V	4.4V	4.325V	4.325V	4.4V	4.5V	4.4V	4.4V
最小允许电感	2.2µH	2.2µH	2.2µH	2.2µH	2.2µH	2.2µH	1µH	1µH	1µH	1µH
开关频率	4MHz	4MHz	4MHz	4MHz	4MHz	1MHz	4MHz	4MHz	4MHz	4MHz
SYS负载调节	40mV/A	25mV/A	40mV/A	40mV/A	25mV/A	25mV/A	40mV/A	25mV/A	25mV/A	25mV/A
最小SYS输出电容（CSYS）	10µF	22µF	10µF	10µF	22µF	22µF	10µF	10µF	22µF	22µF
BAT调节电压（VBATREG）	4.2V	4.2V	4.2V	4.1V	4.1V	4.2V	4.2V	4.35V	4.15V	4.15V
BAT预充电阈值（VBATPQ）	3V	2.5V	3V	3V	2.5V	2.5V	3V	3V	3V	3V
顶部充电定时器	15s（固定）	132min	15s（固定）	15s（固定）	132min	132min	15s（固定）	15s（固定）	15s（固定）	15s（固定）
VL输出电流额定值	1mA	10mA	1mA	1mA	10mA	10mA	1mA	1mA	1mA	1mA
电池检测时电源启用功能	否	是	否	否	是	是	否	否	否	否

总结

MAX8903A–E/G/H/J/N/Y系列充电器以其高效、小巧和智能的特点，为单节锂电池充电提供了出色的解决方案。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求选择合适的版本，并注意外部组件的选择和PCB布局布线，以确保充电器的性能和稳定性。各位工程师在实际应用中是否遇到过类似产品在电源管理方面的挑战呢？又有哪些独特的解决方法呢？欢迎在评论区交流分享。