MAX1870A：高效的升降压锂电池充电器

在当今的电子设备中，电池充电管理至关重要。MAX1870A作为一款高性能的升降压锂电池充电器，为工程师们提供了出色的解决方案。下面，我们就来深入了解一下这款充电器。

文件下载：MAX1870A.pdf

一、产品概述

MAX1870A是一款高度集成的升降压多化学电池充电器，它能够在电池电压高于或低于适配器电压的情况下进行充电。其采用的专有升降压控制方案，实现了高效充电，并且所需的外部组件数量最少。该充电器能够精确地为2 - 4节锂离子（Li+）串联电池充电，充电电流大于4A。

二、产品优势与特点

2.1 灵活的输入电压范围

• 支持8V - 28V的输入电压，能与经济实惠的交流适配器配合使用。
• 采用升降压控制方案，适应不同的电池和适配器电压情况。

  2.2 高精度充电

• 可精确为Li+或NiCd/NiMH电池充电，电池电压范围为0V - 17.6V。
• 充电电压精度达到±0.5%，充电电流精度为±9%，输入电流限制精度为±8%。

  2.3 可调节设计

• 可编程的最大电池充电电流，可根据实际需求进行调整。
• 模拟输入可控制充电电流、充电电压和输入电流限制，增加了设计的灵活性和安全性。

  2.4 节省空间的封装

  采用32引脚薄型QFN（5mm x 5mm）封装，在支持升降压操作的同时节省了空间。

三、电气特性

3.1 充电电压调节

VCTL范围为0 - 3.6V，不同的VCTL设置和电池节数组合下，电池调节电压精度有所不同。例如，当VVCTL = VLDO（2节电池）时，精度为 -0.5% - +0.5%。

3.2 充电电流调节

ICTL范围为0 - 3.6V，不同的ICTL设置对应不同的充电电流精度。如VICTL = VREFIN时，快速充电电流精度在67 - 79mV之间。

3.3 输入电流调节

通过CLS输入设置输入电流限制，充电器输入电流限制精度和系统输入电流限制精度在不同条件下有相应的范围。例如，CLS = REF时，充电器输入电流限制精度为97 - 113mV。

四、典型应用电路

文档中给出了两种典型应用电路，分别是μC控制的典型应用电路和独立典型应用电路。在实际设计中，工程师可以根据具体需求选择合适的电路。

五、详细工作原理

5.1 充电电压设置

通过向VCTL施加电压来调整电池单元电压限制。VCTL的电压范围为0 - VREFIN，可实现电池单元电压10%的调整。当使用±1%的电阻来分压参考电压以建立VCTL时，充电电压的整体精度优于±1%。电池电压可通过公式[V{BATT }=N{CELLS } timesleft(4 V+0.4 V × frac{V{VCTL }}{V{REFIN }}right)]计算，其中(N_{CELLS})是由CELLS选择的电池节数。

5.2 充电电流设置

使用ICTL和连接在CSIP和CSIN之间的电流感测电阻RS2来设置最大充电电流。电流阈值由VICTL / VREFIN的比值确定，电池充电电流可通过公式[ICHG=frac{V{CSIT }}{RS{2}} × frac{V{ICTL}}{V{REFIN }}]编程，其中VCSIT是满量程充电电流感测阈值，典型值为73mV。

5.3 输入电流限制

MAX1870A通过减少充电电流来限制交流适配器的电流，当输入电流超过输入电流限制设定点时，充电电流会相应减少。输入源电流是MAX1870A静态电流、充电器输入电流和系统负载电流的总和。通过控制输入电流，可以降低交流适配器的电流要求，从而减小系统尺寸和成本。

5.4 输入电流测量

MAX1870A包含一个输入电流监测输出IINP，它是系统负载电流加上输入参考充电电流的按比例缩小的副本。IINP的输出电压范围为0 - 3.5V，其电压与输出电流成正比，可通过公式[V{IINP }=I{ADAPTER } × RS 1{x} G{I I N} P × R 7]计算。

5.5 LDO调节器

LDO提供一个5.4V的电源，由DCIN供电。低侧MOSFET驱动器由DLOV供电，DLOV必须连接到LDO。LDO还为4.096V参考（REF）和大多数内部控制电路供电。

5.6 AC适配器检测

MAX1870A包含一个逻辑输出ASNS，用于指示AC适配器的存在。当系统负载电流超过1.5A（对于30mΩ感测电阻和10kΩ电阻从IINP到GND）时，ASNS逻辑输出拉高。

5.7 关机

当AC适配器移除时，MAX1870A进入低功耗状态，通常通过CSIP、CSIN、BLKP和BATT输入从电池消耗的电流小于1µA。此外，也可以通过将SHDN拉低至VREFIN的23.5%以下或将ICTL拉低至VREFIN / 100以下来禁止充电。

5.8 升降压DC - DC控制器

MAX1870A是一款升降压DC - DC控制器，它控制一个低侧n沟道MOSFET和一个高侧p沟道MOSFET，以在输入电压高于、接近和低于输出电压时实现恒定输出电压。其专有算法具有诸多优势，如最小化电感电流要求、允许使用更小的电感、降低MOSFET、电感和感测电阻中的I²R损耗等。

六、补偿设计

6.1 电压环路补偿

在调节充电电压时，MAX1870A表现为电流模式的降压或升压电源。通过在CCV到GND之间连接一个10kΩ电阻和一个0.01µF电容来补偿电压调节环路。

6.2 充电电流和交流适配器电流环路补偿

当MAX1870A调节充电电流或交流适配器电流时，系统稳定性不依赖于输出电容。通过在CCI到GND和CCS到GND之间分别连接0.01µF电容来补偿充电电流环路和源电流环路。

七、应用信息

7.1 组件选择

• MOSFET：需要一个p沟道MOSFET和一个n沟道MOSFET，选择时要考虑导通电阻、栅极电荷、电压、电流和功率耗散额定值等因素。
• 电感：选择电感以最小化MOSFET、电感和感测电阻中的功率耗散，将电感电流纹波（LIR）设置为0.3，根据公式[L=frac{2 × V{I N} × t{min }}{LIRI_{CHG}}]选择电感值。
• 输入电容：输入电容要满足开关电流引起的纹波电流要求，优先选择非钽化学物质（陶瓷、铝或OS - CON），电容的纹波电流额定值要高于0.5 x ICHG。
• 输出电容：输出电容要吸收降压模式下的电感纹波电流，或升压或混合模式下等于电感电流的峰 - 峰纹波电流。选择能够处理0.5 x ICHG x VBATT / (V_{IN })的电容，同时保持电容温度上升小于10°C。

  7.2 布局和旁路

  良好的PCB布局对于实现指定的噪声、效率和稳定性能至关重要。要遵循一些布局原则，如最小化电流感测电阻的走线长度、使用单点星形接地等。

八、总结

MAX1870A升降压锂电池充电器以其高效、灵活和高精度的特点，为电子设备的电池充电管理提供了优秀的解决方案。工程师们在设计过程中，需要根据具体的应用需求，合理选择组件和进行布局设计，以充分发挥MAX1870A的性能优势。你在使用MAX1870A进行设计时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。