MAX1667：化学无关的2级智能电池充电器

一、引言

在电子设备的发展中，电池充电技术至关重要。不同化学类型的电池需要合适的充电器来确保安全、高效地充电。MAX1667作为一款化学无关的2级智能电池充电器，为各种电池充电提供了优秀的解决方案。本文将深入介绍MAX1667的特性、工作原理、应用以及设计注意事项。

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二、产品概述

2.1 基本功能

MAX1667能够为任何化学类型的电池充电，如Li+、NiCd、NiMH、铅酸等。它通过Intel系统管理总线（SMBus™）接口控制所有充电功能，可设置充电电压和电流，并提供热状态信息。该充电器符合Duracell/Intel智能电池充电器规范，属于2级充电器。

2.2 额外特性

除了2级充电器所需的功能外，MAX1667还能在充电器通电、电池安装或移除时产生中断信号通知主机。同时，它提供额外的状态位，让主机检查充电器输入电压是否足够，以及电池的电压或电流是否受到调节，使主机无需询问电池就能确定锂离子电池是否充电完成。

2.3 封装形式

MAX1667采用20引脚SSOP封装，高度仅2mm，适用于空间有限的应用场景。

三、应用领域

MAX1667广泛应用于多种设备，包括笔记本电脑、充电器基站、个人数字助理和手机等。

四、产品特性

4.1 充电兼容性

可对任何化学类型的电池进行充电，满足不同设备对不同电池的需求。

4.2 接口与规范

具备SMBus 2线串行接口，符合Duracell/Intel智能电池充电器规范Rev. 1.0。

4.3 充电参数

• 提供4A、3A或1A（最大）的电池充电电流。
• 支持5位控制充电电流，11位控制电压。
• 电池电压最高可达18.4V，电压精度为±1%。
• 输入电压最高可达+28V。

4.4 保护与效率

具备电池热敏电阻故障安全保护功能，效率大于95%，采用同步整流技术。

五、电气特性

5.1 电源与参考

• DCIN输入电压范围为7.5 - 28V，静态电流在7.5V < VDCIN < 28V时为4 - 6mA。
• VL输出电压在7.5V < VDCIN < 28V且无负载时为5.15 - 5.65V。
• REF输出电压在0 < ISOURCE < 500µA时为4.055 - 4.137V。

5.2 开关调节器

• 振荡器频率在非降压模式下为200 - 300kHz。
• DHI最大占空比在降压模式下为96.5 - 97.7%。
• DHI和DLO导通电阻在高或低电平时分别为4 - 7Ω和5 - 8Ω。

5.3 误差放大器

GMV和GMI放大器的跨导分别为1.4mA/V和0.2mA/V，最大输出电流分别为±80µA和±200µA。

5.4 触发点与线性电流源

BATT POWER_FAIL阈值、热敏电阻相关的触发点等都有明确的参数规定。

5.5 逻辑电平

SDA、SCL输入电压低电平为0.5 - 0.8V，高电平为2.2V，输入偏置电流为 - 1 - 1µA。

六、定时特性

SCL串行时钟高、低周期分别为4µs和4.7µs，启动条件建立时间和保持时间分别为4.7µs和4µs等。

七、典型工作特性

7.1 负载瞬态

展示了在不同负载情况下，CCV、CCI、VBATT、ILOAD等参数的变化情况。

7.2 电压调节

包括VL的线路调节、负载调节以及VREF的负载调节等特性。

7.3 效率与输出特性

效率与负载电流、电池电压的关系，以及输出V - I特性等。

八、引脚描述

MAX1667的20个引脚各自具有特定的功能，如IOUT为线性电流源输出，DCIN为充电器供电输入等。

九、智能电池充电系统

9.1 系统组成

智能电池充电系统至少由智能电池和兼容Smart Battery System规范的智能电池充电器组成，使用Intel的系统管理总线（SMBus）进行通信。

9.2 系统类型

• 单电池系统：常见于笔记本电脑、摄像机、手机等便携式电子设备。
• 多电池系统：使用智能电池选择器来连接或断开电池与充电器或系统的连接。

9.3 充电器类型

分为2级和3级智能电池充电器，2级充电器作为SMBus从设备，响应智能电池发送的充电电压和电流消息，完全由智能电池负责发起通信和提供充电算法。

十、详细描述

10.1 输出特性

MAX1667包含电压调节和电流调节两个独立的环路。当电池电压低于设定值时，电流调节环路起作用；当电池电压达到设定值时，电压调节环路接管。

10.2 模拟部分

由电流模式脉冲宽度调制（PWM）控制器和两个跨导误差放大器组成，分别用于调节电流和电压。通过SMBus接口控制DAC来设置电流和电压水平。

10.3 电压控制

内部GMV放大器控制输出电压，通过11位DAC设置电压，电池电压通过5:1电阻分压器反馈到放大器。

10.4 电流控制

使用内部7mA线性电流源和PWM调节器设置电池充电电流。当电流设置在1 - 127mA时，线性电流源提供涓流充电；当电流设置高于127mA时，由开关调节器提供充电电流。

10.5 PWM控制器

通过多输入比较器控制电池电压或电流，采用电流模式反馈和斜率补偿确保系统稳定。

10.6 MOSFET驱动

驱动外部N沟道MOSFET来调节电池电压或电流，使用电荷泵为高端MOSFET提供足够的栅极驱动电压。

10.7 内部调节器和参考

使用内部低压差线性调节器创建5.4V电源（VL），为内部和外部电路供电。具备内部4.096V参考电压，确保电压设置精度为±1%。

十一、数字部分

11.1 SMBus接口

MAX1667使用SMBus的读写字协议与电池和主机系统通信，作为从设备接收命令并响应状态信息查询。

11.2 命令功能

• ChargerMode()：设置充电器模式，控制充电状态。
• ChargingVoltage()：设置充电电压，最大电压为18.416V。
• ChargingCurrent()：设置充电电流，根据SEL引脚设置不同的最大电流。
• AlarmWarning()：设置报警抑制状态位。
• ChargerStatus()：返回充电器状态信息。

11.3 中断与响应

当DCIN通电、电池状态或电源故障状态改变时触发中断，可通过ChargerStatus()命令或使用0x19 Alert - Response地址清除中断。

十二、应用信息

12.1 负输入电压保护

在大多数便携式设备中，通过二极管D4防止负电压损坏极化电容C6。

12.2 热敏电阻特性

根据热敏电阻的阻值判断电池温度状态，如THERMISTOR_OR、THERMISTOR_COLD、THERMISTOR_HOT和THERMISTOR_UR等状态位。

十三、PC板布局考虑

13.1 高功率组件布局

先放置高功率组件，如C1、C6、M1、M2、D1、L1和R1，使它们的接地相邻，减少电流感测电阻的走线长度，确保准确的电流感测。

13.2 IC和信号组件布局

将IC和信号组件放置在远离主开关节点的位置，保持栅极驱动走线短，并靠近IC放置陶瓷旁路电容。

13.3 接地设计

采用单点星形接地，将输入接地走线、电源接地和正常接地平面连接在电源输出接地端子处。

十四、从MAX1647升级到MAX1667

MAX1667是MAX1647的引脚和软件兼容升级版，在PWM占空比、内部参考电压、电压DAC、线性电流源等方面有改进。升级时需要进行一些必要或推荐的更改，如将R1改为40mΩ等。

十五、总结

MAX1667作为一款化学无关的2级智能电池充电器，具有广泛的应用前景和优秀的性能。它的多功能性、高精度和稳定性使其成为各种电子设备电池充电的理想选择。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求合理选择组件和进行PC板布局，以确保充电器的性能和可靠性。你在使用MAX1667的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。