MAX1758：独立式开关模式锂离子电池充电器的设计与应用

作为电子工程师，在设计涉及锂离子电池充电的项目时，一款性能出色的充电器芯片至关重要。今天就来和大家详细探讨一下Maxim Integrated推出的MAX1758独立式开关模式锂离子电池充电器。

文件下载：MAX1758.pdf

一、产品概述

MAX1758是一款专门用于为1 - 4节锂离子（Li+）电池充电的开关模式充电器。它具有高精度的充电电流和电压调节能力，充电电流调节精度可达±10%，电池端的调节电压总误差仅为±0.8%。内部集成的高端开关可提供高达1.5A的可编程充电电流，并且内置安全定时器，当达到可调时间限制时会自动终止充电。

二、关键特性

2.1 高精度电压调节

电池调节电压精度高达±0.8%，每节电池的调节电压可通过标准1%电阻在4.0V - 4.4V之间设置，能满足不同锂离子电池的充电需求。

2.2 低 dropout 高占空比

具备98%的低 dropout占空比，可有效提高充电效率，减少能量损耗。

2.3 安全预充电

能够安全地对接近没电的电池进行预充电，同时持续监测电池的电压和温度，确保充电过程的安全性。

2.4 低功耗关机模式

关机时电池电流仅为0.1µA，可大大降低电池的自放电损耗。

2.5 宽输入电压范围

输入电压最高可达28V，能适应多种电源输入。

2.6 可编程充电电流

充电电流最高可达1.5A，可根据实际需求进行灵活编程。

2.7 安全定时器

可防止电池过充，保障电池的使用寿命和安全性。

2.8 输入电流限制

能自动减少电池充电电流，防止输入电源过载，允许使用低成本的墙式适配器。

2.9 节省空间的封装

采用28引脚的SSOP封装，节省电路板空间。

三、引脚配置与功能

MAX1758的引脚配置丰富多样，每个引脚都有其特定的功能。例如：

• VL：芯片电源，由DCIN经过5.4V线性稳压器输出，需用2.2µF或更大的陶瓷电容旁路到地。
• ISETIN：用于调整输入电流限制，通过分压电阻设置电压。
• ISETOUT：用于调整电池充电电流，同样通过分压电阻设置电压。
• THM：热敏电阻输入，连接热敏电阻到地可设置充电的温度范围。
• REF：4.2V参考电压输出，需用1µF或更大的陶瓷电容旁路到地。

四、工作原理与充电流程

4.1 工作原理

MAX1758内部包含一个降压DC - DC转换器，通过内部功率MOSFET开关将输入电压转换为充电电流或电压。它采用双环控制来调节电压设定点和充电电流，能在电压和电流调节之间平稳过渡。此外，还有一个额外的控制环来监测输入源的总电流，自动调整电池充电电流。

4.2 充电流程

• 复位状态：初始上电或电池电压低于充电阈值等情况时进入，定时器复位，充电电流为0。
• 预充电状态：输入电源、参考电压和内部偏置在限制范围内时进入，以快速充电电流的1/10对电池充电。
• 快速充电状态：电池电压高于欠压阈值时进入，以恒定电流对电池充电。
• 满充电状态：电池电压达到调节电压时进入，以恒定电压对电池充电。
• 顶充状态：满充电定时器超时或充电电流低于阈值时进入，继续以恒定电压充电。
• 完成状态：顶充定时器超时后进入，充电停止。
• 过/欠温状态：电池温度超出限制时进入，充电和定时器暂停。
• 故障状态：出现电池温度过高、预充电定时器超时等情况时进入，充电终止。

五、设计要点

5.1 电池调节电压设置

通过VADJ引脚可调整每节电池的电压限制，使用分压电阻从REF到VADJ设置电压。计算公式为 (V{VADJ}=(9.5V{BATTR}/N)-(9.0 × V{REF})) ，其中 (V{BATTR}) 为电池调节电压，N为电池节数。

5.2 充电电流限制设置

通过ISETOUT引脚设置充电电流，充电电流 (ICHG = 1.5A(frac{VISETOUT}{VREF})) ，将ISETOUT连接到REF可获得满量程电流限制。

5.3 输入电流限制设置

通过ISETIN引脚设置输入电流限制，输入电流 (IIN = I_{FSS}(frac{VISETIN}{VREF})) ，将ISETIN连接到REF可获得满量程输入电流限制。

5.4 电感选择

电感值会影响纹波电流，一般选择使纹波电流约为直流平均充电电流的30% - 50%。计算公式为 (L=frac{V{BATT}(V{DCIN(MAX)}-V{BATT})}{V{DCIN(MAX)} × I_{CHG} × LIR}) ，其中 (LIR) 为纹波电流与直流充电电流的比值。

5.5 电容选择

• 输入电容：要能处理输入RMS电流，其RMS电流可近似为 (CIN cong I_{CHG} sqrt{D - D^{2}}) ，D为PWM转换器占空比。
• 输出滤波电容：用于吸收电感纹波电流，其电容值和ESR额定值很重要，最小输出电容 (C{OUT}>frac{V{REF}(1+frac{V{BATT}}{V{DCIN(MIN)}})}{V{BATT} × f{OSC} × R{CS}}) ，最大输出电容ESR (R{ESR}{CS} × V{BATT}}{V_{REF}}) 。

  5.6 定时器设置

  通过连接电容到TIMER1和TIMER2引脚设置定时器周期，TIMER1控制预充电、满充电和顶充时间，TIMER2控制快速充电时间。

六、应用场景

MAX1758适用于多种需要锂离子电池充电的设备，如笔记本电脑、手持仪器、桌面充电座等。

七、总结

MAX1758以其高精度的充电控制、丰富的保护功能和灵活的配置选项，为锂离子电池充电设计提供了一个优秀的解决方案。在实际设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择外部元件，确保充电器的性能和稳定性。大家在使用MAX1758进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。