MAX8713：简化多化学体系SMBus电池充电器的卓越之选

各位电子工程师们，今天要和大家深入探讨一款功能强大的电池充电器——MAX8713。这款充电器在多化学体系电池充电领域表现出色，能有效简化智能充电器的设计。

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一、产品概述

MAX8713是一款多化学体系电池充电器，它最大的亮点在于仅需最少数量的外部组件就能构建智能充电器。其通过Intel System Management Bus (SMBus™) 来精准控制充电电压和充电电流，采用恒关断时间降压拓扑与同步整流技术，实现了高效率充电。

特点总结

1. 强大的充电能力：能够为1至4节串联的锂离子 (Li+) 电池充电，且充电电流超过2A，还可通过感测电阻进行调整。
2. 高效驱动设计：驱动n通道MOSFET，提高了效率并降低了成本。
3. 高精度电流检测：低失调充电电流感测放大器搭配小阻值感测电阻，实现高精度充电电流监测。
4. 小巧封装与广泛应用：采用节省空间的24引脚4mm x 4mm薄型QFN封装，可在 -40°C 至 +85°C 的宽温度范围内工作。同时，它有对应的评估套件，能缩短设计时间，适用于手机车载套件、数码相机、PDA和平板电脑、笔记本电脑以及各种带可充电电池的便携式设备。

技术对比反思

在多化学体系电池充电器领域，类似产品众多。与其他产品相比，MAX8713通过减少外部组件数量，简化了设计流程，提高了系统的集成度和可靠性。但我们也需要思考，在追求简化设计的同时，是否会在某些特殊应用场景下牺牲一些灵活性呢？

二、电气特性

充电电压调节

对电池调节电压精度进行了严格规定，不同的充电电压设置下，精度误差控制在一定范围内，如充电电压设置为 0x20D0 时，精度为 ±0.6%。同时，明确了不同充电电压设置和输入电压下的电池满充电压。

充电电流调节

精度同样出色，不同充电电流设置下，符合电流精度也在可控范围内。例如，充电电流设置为 0x07e0 时，符合电流精度为 ±3%。还规定了 CSIP 至 CSIN 的满量程电流感测电压、电池充电电流感测电压等参数。

电源与线性稳压器

DCIN 和 DCSNS 的输入电压范围为 7.5V 至 28.0V，同时给出了它们的欠压锁定触发点、静态电流等参数。LDO 输出电压在无负载时为 5.25V 至 5.55V，负载调整率也有相应规定。

开关稳压器

开关稳压器的关断时间与 VBST - VLX、VBATT 和 RFREQ 有关，不同条件下有不同的取值。还规定了 DLOV 供电电流、BST 供电电流、BST 输入静态电流、LX 输入偏置电流、最大不连续模式峰值电流以及 MOSFET 导通电阻等参数。

误差放大器

GMV 放大器跨导和 GMI 放大器跨导也在规定范围内，如充电电压设置为 0x20d0 且 VBATT = 8.400V 时，GMV 放大器跨导为 0.0625 至 0.2500 mA/V。

SMBus 接口电平规格

明确了 SDA/SCL 的输入低电压、输入高电压、输入偏置电流以及 SDA 输出灌电流等参数，确保与 SMBus 的良好兼容性。

疑问与思考

在实际设计中，这些电气特性参数之间相互影响。比如，充电电压调节精度和充电电流调节精度会受到电源电压波动、负载变化等因素的影响。我们在设计时，如何更好地权衡这些参数，以满足不同应用场景的需求呢？

三、工作条件与设置

充电电压设置

使用 SMBus 写入 16 位的 ChargeVoltage() 命令来设置输出电压，该命令转换为 1mV LSB 和 65.535V 满量程电压。不过，MAX8713 会忽略前 4 个 LSB 位，使用接下来的 11 位来设置电压 DAC。充电电压范围为 0 至 19.200V，超出或低于此范围会有相应的处理方式。初始上电时，ChargingVoltage() 会重置为零，需要发送该命令才能启动充电。

充电电流设置

同样通过 SMBus 接口写入 16 位的 ChargeCurrent() 命令来设置充电电流，该命令基于 40mΩ 电流感测电阻，转换为 1mA 每 LSB 和 65.535A 满量程电流。充电电流范围为 0 至 2.016A，超出或低于此范围也有相应规定。初始上电时，ChargeVoltage() 和 ChargeCurrent() 值会被清除，需要发送有效命令才能启动充电器。

疑问与探索

在设置充电电压和充电电流时，我们需要考虑电池的特性和应用需求。例如，不同类型的电池对充电电压和电流的要求不同，我们如何根据电池的具体情况来合理设置这些参数，以达到最佳的充电效果和电池寿命呢？

四、DC - DC 转换器与控制

控制方案

采用伪固定频率、电流模式控制方案，并具备逐周期电流限制。控制器的恒定关断时间 (tOFF) 根据 VDCIN、VBATT 和 RFREQ 计算得出，最小值为 300ns。其工作由四个比较器决定，分别为 IMIN、CCMP、IMAX 和 ZCMP 比较器。

不同工作模式

1. 连续导通模式：当有足够的充电电流时，电感电流不会过零，进入连续导通模式。调节器在不在降压状态（VBATT < 0.88 × VDCIN）时以 400kHz 频率开关。控制器通过控制高侧和低侧 MOSFET 的导通和关断来实现充电过程的控制，同时逐周期电流限制可有效防止过流和短路故障。
2. 不连续导通模式：当 LVC 控制点输出低于 100mV 时，进入不连续导通模式，确保电感电流始终为正。在这种模式下，直到 LVC 电压上升到 100mV 以上才会开始新的周期。

深入思考

DC - DC 转换器的不同工作模式适用于不同的充电场景。在实际应用中，我们如何根据电池的充电状态和负载情况，自动切换工作模式，以提高充电器的效率和性能呢？

五、补偿与设计

补偿环路

充电电压和充电电流调节环路分别在 CCV 和 CCI 进行独立补偿。CCV 环路补偿需要考虑充电器输出电容的 ESR、等效负载电阻等因素，通过设置合适的补偿网络来确保系统的稳定性。CCI 环路补偿相对简单，只需要一个单极点即可。

设计要点

1. MOSFET 选择：根据最大所需充电电流选择 n 通道 MOSFET，需要考虑损耗平衡、导通电阻、开关时间等因素。
2. 电感选择：根据充电电流、纹波和工作频率选择合适的电感，电感的饱和电流额定值要满足要求。
3. 电容选择：输入电容要满足纹波电流要求，输出电容要吸收电感纹波电流并确保系统的稳定性。

疑问与挑战

在补偿设计中，如何准确地测量和计算各项参数，以确保补偿网络的有效性？在选择 MOSFET、电感和电容时，如何在性能和成本之间找到最佳平衡点？

六、布局与封装

布局要点

良好的 PCB 布局对于实现指定的抗噪声能力、效率和稳定性能至关重要。要先放置高功率连接，确保电流感测电阻的准确测量，减少高电流路径的接地和其他走线长度。将 IC 和信号组件合理放置，保持主开关节点远离敏感模拟组件。同时，要缩短栅极驱动走线长度，并将其远离电流感测线和 REF。

封装信息

采用 24 引脚 4mm x 4mm 薄型 QFN 封装，在给出了封装的详细尺寸信息，同时提醒注意封装图纸可能未反映最新规格，可通过官网获取最新信息。

思考与优化

在布局过程中，如何应对不同的 PCB 层数和尺寸要求，以实现最佳的布局效果？封装的尺寸和引脚布局在一定程度上影响了电路的设计和性能，我们是否有更好的方法来优化这种影响呢？

综上所述，MAX8713是一款功能强大、性能出色的多化学体系电池充电器。在实际应用中，我们需要充分了解其各项特性和工作原理，根据具体需求进行合理设计和优化，以实现最佳的充电效果和系统性能。各位工程师在使用过程中，也要不断探索和实践，解决遇到的各种问题。你在电池充电器设计中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享交流。