高效稳定！MAX1898单节锂电池线性充电器解析

作为一名电子工程师，在设计涉及单节锂电池充电的项目时，选择一款合适的充电器芯片至关重要。今天给大家详细介绍一款Maxim公司的产品——MAX1898单节锂电池线性充电器，它在众多应用场景中都展现出了出色的性能。

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一、产品概述

MAX1898与外部PNP或PMOS晶体管配合使用，可以构成一个完整的单节锂离子（Li+）电池充电器。它具备精确的恒流/恒压充电功能，电池调节电压精度可达 ±0.75%，这对于优化电池性能和延长循环寿命非常关键。而且，充电电流可以由用户自行设置，并且采用内部电流感应方式，无需外部电流感应电阻，简化了电路设计。此外，该芯片还提供了用于监控充电状态、输入电源是否存在以及充电电流的输出引脚。同时，它还具备关机、可选的无需输入电源循环的充电周期重启、可选择的充电终止安全定时器以及针对深度放电电池的低电流预充电等附加功能。

MAX1898有两个版本，分别适用于不同化学体系的锂电池。其中，MAX1898EUB42的电池调节电压为4.2V，MAX1898EUB41的电池调节电压为4.1V。两款芯片均采用10引脚超薄µMAX封装，集成度高，所需的外部元件极少。

二、应用场景

MAX1898的应用范围十分广泛，常见于以下设备中：

1. 单节锂电池供电的便携式设备：如便携式音乐播放器、小型传感器设备等，这些设备对电池充电的稳定性和芯片的集成度要求较高，MAX1898正好能满足这些需求。
2. 自充电电池组：为一些需要自行充电的电池组提供可靠的充电解决方案。
3. 个人数字助理（PDAs）：确保PDA设备的锂电池能够安全、高效地充电。
4. 手机：在手机充电电路中发挥作用，保障手机电池的正常充电。
5. 座式充电器：可用于设计各种座式充电器，满足不同设备的充电需求。

三、产品特性

1. 简单安全的线性充电器：采用线性充电方式，电路设计简单，同时具备多种安全保护功能，确保电池充电安全。
2. 使用低成本的PNP或PMOS传输元件：可以根据实际需求选择合适的传输元件，降低成本。
3. 4.5V至12V的输入电压范围：能够适应较宽的输入电压，增加了芯片的通用性。
4. 内部电流感应电阻：无需外部电流感应电阻，减少了元件数量和电路板面积。
5. ±0.75%的电压精度：保证了电池充电时的电压稳定性，有利于提高电池性能和寿命。
6. 可编程充电电流：用户可以根据电池的规格和需求，灵活设置充电电流。
7. 自动输入电源检测：能够自动检测输入电源的存在，方便充电操作。
8. LED充电状态指示灯：通过CHG引脚连接LED，用户可以直观地了解电池的充电状态。
9. 可编程安全定时器：可以设置最大充电时间，避免过充情况的发生。
10. 电流感应监控输出：通过ISET引脚可以实时监控充电电流的大小。
11. 可选/可调的自动重启功能：可以根据需要配置自动重启功能，确保电池在电压下降到一定程度时自动恢复充电。
12. 小型µMAX封装：尺寸小巧，适合应用于对空间要求较高的设备中。

四、引脚配置与功能

引脚	名称	功能
1	IN	检测输入电源，是内部电流感应电阻的正端
2	CHG	开漏LED驱动器，用于指示充电状态
3	EN/OK	逻辑电平使能输入和输入电源OK输出，可控制充电器的开关并指示电源状态
4	ISET	提供与实际充电电流成正比的模拟输出，通过连接到地的电阻设置充电电流
5	CT	安全充电定时器控制，连接定时器电容设置安全超时时间
6	RSTRT	自动重启控制引脚，可设置充电循环的重启阈值
7	BATT	电池感应输入，连接单节锂电池的正极
8	GND	接地
9	DRV	外部晶体管驱动器，驱动外部PMOS/PNP传输晶体管的栅极/基极
10	CS	电流感应输入，是内部电流感应电阻的负端，连接到PMOS/PNP传输晶体管的源极/发射极

五、电气特性

（一）电源电压范围

MAX1898的电源电压范围为4.5V至12V，能够适应不同的输入电源。

（二）输入OK触发点

输入OK触发点分为上升沿和下降沿，不同情况下的触发电压有所不同，具体数值在文档中有详细说明。这些触发点用于检测输入电源的状态，确保充电器在合适的电源条件下工作。

（三）EN/OK引脚电流

当输入电源不正常时，EN/OK引脚的灌电流为100µA；当输入电源正常时，EN/OK引脚的拉电流在5 - 20µA之间。同时，EN/OK引脚还有逻辑输入高电平和低电平的要求，分别为2V和0.6V。

（四）电压环路和电流环路特性

电压环路方面，不同版本的MAX1898有不同的电压环路设置点和预充电电压阈值。电流环路方面，内部电流感应电阻、RMS充电电流、电流感应放大器增益、电流环路调节设置点等参数都有明确的范围，这些参数对于控制充电电流和保证充电的稳定性至关重要。

（五）定时器功能

定时器的源/灌电流为5µA，定时器精度在一定条件下为 -10% 至 +10%。CHG输出在不同状态下的电流和闪烁频率也有相应的规定，可用于判断充电状态和故障情况。

六、充电过程详解

（一）启动快速充电条件

当满足以下任意条件时，MAX1898将启动快速充电：

1. 连接外部电源，且电池电压高于2.5V。
2. 电池电压下降到重启阈值（MAX1898EUB42为4.0V，MAX1898EUB41为3.9V）。
3. 通过将EN/OK引脚拉低再拉高来重置IC。
4. 预充电周期结束，电池电压达到2.5V。

（二）预充电功能

由于锂电池在完全没电的状态下进行快速充电可能会损坏电池，MAX1898在充电周期开始时，会以用户编程的快速充电电流的10%对电池进行预充电，当电池电压上升到2.5V时，再开始快速充电。

（三）电流限制模式

MAX1898通过线性控制外部PMOS或PNP晶体管来调节充电电流。最大充电电流由连接在ISET引脚到地的外部RSET电阻编程设置，计算公式为： [I{FASTCHG }=frac{1400 V}{R{SET}}] 其中，IFASTCHG的单位为安培，RSET的单位为欧姆。同时，ISET引脚还可以用于实时监控实际充电电流，其输出电流为每安培充电电流对应1mA，输出电压与充电电流成正比，计算公式为： [V{ISET }=frac{lfloorCHG × R{SET}}{1000}] 在选定的快速充电电流下，ISET引脚的电压标称值为1.4V，随着电池充满，充电电流减小，ISET引脚的电压也会下降。

（四）CHG状态输出

CHG是一个开漏输出引脚，用于监控电池的充电状态。它有5mA的电流限制，可以直接将LED从IN引脚连接到CHG引脚，以直观显示充电状态。也可以通过一个上拉电阻（通常为100kΩ）连接到逻辑电源，提供逻辑电平输出。不同充电状态下CHG引脚的状态如下：	条件	CHG状态
无电池或无充电器输入	高阻抗（LED熄灭）
电池电压小于2.5V，充电电流调节为选定快速充电电流的10%（预充电状态）	低阻抗（LED点亮）
电池电压大于2.5V（快速充电状态）	低阻抗（LED点亮）
充电周期完成 - 充电电流小于选定快速充电电流的20%或安全定时器超时（CCT = 100nF时为3小时）	高阻抗（LED熄灭）
充电周期故障 - 电池电压小于2.5V且预充电定时器（CCT = 100nF时为45分钟）超时	闪烁，LED占空比为50%，频率为1.5Hz

（五）充电周期重启

MAX1898可以配置为当电池电压下降到比电池调节电压低200mV时自动重启充电周期（将RSTRT引脚接地）。也可以通过在RSTRT引脚和地之间连接外部电阻来降低重启阈值。如果不需要自动重启功能，可以将RSTRT引脚浮空。当重启功能禁用时，充电只能通过将EN/OK引脚拉低或断开并重新连接输入电源来重新启动。

（六）EN/OK引脚功能

EN/OK引脚具有两个功能。它主要作为逻辑输入（高电平有效）来启用充电器，同时还可以指示输入电源是否连接。当输入电源连接到IN引脚（(V{IN }>V{BAT })且(V_{IN }>4.25 ~V)）时，EN/OK引脚通过100kΩ的内部上拉电阻拉高到3V。因此，EN/OK引脚可以输出到逻辑输入，以指示交流适配器的存在，同时也可以由开漏逻辑驱动来控制充电器的开关。当开漏逻辑输入为低电平时，会覆盖内部上拉电阻，关闭充电器；当开漏逻辑输入为高阻抗时，如果IN引脚有电源，EN/OK引脚将拉高。如果IN引脚没有（或电压不足），EN/OK引脚将保持低电平，充电器将关闭。

（七）电池放电电流

MAX1898采用先进的CMOS电路来完全监控电池状态，同时从电池本身吸取的电流极小。当输入电压小于电池电压时，电池放电电流通常为3µA。当输入电源存在且充电完成（充电定时器超时）时，电池放电电流通常为40µA。通过禁用重启功能，可以将该电流降低到4µA。

七、应用电路设计

（一）基本应用电路

MAX1898的基本应用电路如图所示，需要在BATT引脚添加一个10µF的旁路电容，以稳定电池电压。同时，可以添加一个LED作为充电状态指示器。为了避免在输入电源短路时电池放电，应在外部晶体管的漏极/集电极和BATT之间添加一个肖特基二极管。

（二）选择最大充电时间

可以通过在CT引脚和地之间连接一个外部电容来设置最大充电时间，计算公式为： [C{CT}[nF]=34.33 × t{CHG} hours ]] 其中，tCHG为标称充电时间限制（单位：小时）。最大充电定时器主要作为安全定时器使用，通常不参与充电控制回路。在以1C速率对锂电池充电时，正常充电时间约为1.5小时，但实际时间可能会因温度和电池类型而有较大差异。在大多数情况下，建议将最大充电时间限制设置为3小时，以确保正常充电不会被充电定时器中断。也可以将CT引脚接地来完全禁用充电安全定时器，但需要注意的是，此时重启功能和预充电故障指示也将被禁用。

（三）控制自动重启

MAX1898具有自动重启功能，当电池电压下降到预定水平时会恢复充电。在大多数定时充电器中，一旦充电超时，后续电池放电后，如果没有外部信号重启充电器，充电将不会恢复。而MAX1898通过自动恢复充电，确保在充电器电源可用时，电池不会在使用后处于部分充电状态。自动重启功能可以通过以下方式配置：

1. 禁用重启：将RSTRT引脚浮空。电池充电完成且充电定时器超时后，只能通过循环输入电源到IN引脚或切换EN/OK引脚来启动充电。禁用重启功能后，充电完成后的电池放电电流可降低到4µA；启用重启功能时，充电完成后的电池放电电流为40µA。
2. 启用默认重启阈值：将RSTRT引脚接地，MAX1898EUB42的默认重启阈值为4V，MAX1898EUB41的默认重启阈值为3.9V。电池充电完成且充电定时器超时后，当电池电压下降到重启阈值时，充电将自动重启。
3. 降低重启阈值：如果需要，可以通过在RSTRT引脚和地之间连接一个电阻来降低重启阈值。对于MAX1898EUB42，当VRSTRT值在3V到4V之间时，电阻计算公式为： [R{RSTRT }[k Omega]=left[frac{69.275 k Omega}{frac{V{RSTRT }}{1.4 V}-1}right]-37.301 k Omega] 对于MAX1898EUB41，当VRSTRT值在3V到3.9V之间时，电阻计算公式为： [R{RSTRT }[k Omega]=left[frac{66.822 k Omega}{frac{V{RSTRT }}{1.4 V}-1}right]-37.301 k Omega] 需要注意的是，如果CT引脚接地（充电定时器禁用），重启功能也将被禁用。

八、外部元件选择

MAX1898驱动外部晶体管来控制充电电流，选择合适的外部元件对于充电器的性能至关重要。

（一）功率晶体管选择

功率晶体管（MOSFET或双极型）的最重要规格是电流额定值和封装功率耗散。由于MAX1898作为线性充电器工作，热量会在外部晶体管中耗散，最坏情况下的功率耗散为： [PDISS(MAX) = IFASTCHG left(V_{IN}-2.5 Vright)] 功率晶体管和散热措施（通常是扩展的PCB板平面）必须能够承受PDISS(MAX)。

（二）MOSFET选择

最常用的功率器件是P沟道MOSFET，其工作电压必须超过预期的输入电压。在大多数充电器设计中，一个相对低成本的FET（RDS(ON)约为100mΩ - 200mΩ）就可以满足要求。虽然低电阻的FET性能更好，但在这种情况下增加的成本可能并不值得。

（三）PNP双极型晶体管选择

也可以使用PNP双极型晶体管作为功率器件。DRV引脚最多可以吸收4mA电流，因此需要较高的电流增益（hFE或Beta），以允许DRV引脚驱动双极型功率晶体管的基极。对于500mA的快速充电电流，需要hFE为125。虽然达林顿PNP晶体管的电流增益较高，但由于稳定性限制，不建议使用。

（四）防止电池放电

如果(VIN)小于VBATT，外部增强型FET的体二极管会使电流从电池流回电源。为了防止这种情况发生，应在漏极和BATT之间添加一个肖特基二极管。

九、总结

MAX1898单节锂电池线性充电器是一款功能强大、性能稳定的充电器芯片，具有高精度的电压控制、灵活的充电电流设置、多种安全保护功能和方便的充电状态指示等优点。在设计单节锂电池充电电路时，电子工程师可以根据具体的应用需求，合理选择外部元件，充分发挥MAX1898的性能优势，为设备提供可靠的充电解决方案。同时，在实际应用中，还需要注意一些细节，如充电时间的设置、自动重启功能的配置等，以确保电池的安全和性能。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。