MAX1737：独立开关模式锂离子电池充电器控制器的深度解析

在电子设备的设计中，电池充电管理是至关重要的一环。特别是对于锂离子电池，其充电过程需要精确的控制，以确保电池的安全和寿命。今天，我们就来深入探讨一款优秀的独立开关模式锂离子电池充电器控制器——MAX1737。

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一、产品概述

MAX1737是一款能够为1至4节锂离子（Li+）电池充电的开关模式充电器。它具备诸多出色的特性，能为各类应用提供可靠的充电解决方案。

高精度电压调节

它可以提供调节后的充电电流和电压，在电池端子处的总电压误差仅为±0.8%，确保了电池充电的精度。

高效转换

外部N沟道开关和同步整流器的设计，使得它在很宽的输入电压范围内都能保持高效率。

安全保护

内置的安全定时器会在达到可调节的时间限制后自动终止充电，防止过充情况的发生。

多模式控制

通过两个环路协同工作，能够在电压和电流调节之间实现平滑过渡，还额外有一个控制环路来监测输入源的总电流，避免输入电源过载，从而可以使用低成本的壁式适配器。

同时，它还能通过外部热敏电阻监测电池温度，当电池温度超出可接受范围时停止充电。该产品采用节省空间的28引脚QSOP封装，并且有评估套件（MAX1737EVKIT）可供使用，能有效减少设计时间。

二、应用领域

MAX1737的应用十分广泛，涵盖了多个领域：

• 笔记本电脑：为笔记本电脑的锂离子电池提供稳定的充电支持。
• 锂离子电池组：适用于各种锂离子电池组的充电管理。
• 手持仪器：可以为手持仪器中的电池进行高效充电。
• 桌面底座充电器：作为桌面底座充电器的核心部件，实现对电池的快速、安全充电。

三、引脚配置与功能

引脚配置

MAX1737的引脚配置较为复杂，每个引脚都有其特定的功能。例如，DCIN是电源输入引脚，VL是芯片电源输出引脚，ISETIN和ISETOUT分别用于输入电流限制调整和电池充电电流调整等。

主要引脚功能

• VL：芯片电源输出，是从DCIN经过5.4V线性稳压器得到的输出，需要用2.2µF或更大的陶瓷电容旁路到GND。
• ISETIN：通过分压器设置电压，用于调整输入电流限制。
• ISETOUT：同样通过分压器设置电压，来调整电池充电电流。
• THM：热敏电阻输入引脚，连接热敏电阻到GND可设置温度范围。
• REF：4.2V参考电压输出，需要用1µF或更大的陶瓷电容旁路到GND。

四、电气特性

电源与参考

• DCIN输入电压范围：在6V至28V之间，确保了产品在不同电源环境下的适应性。
• REF输出电压：典型值为4.2V，精度较高。

开关调节器

• PWM振荡器频率：典型值为300kHz，有助于降低噪声。
• LX最大占空比：可达98%，在降压模式下表现出色。

误差放大器

各个误差放大器在不同的条件下有特定的参数，如CS到BATT电流感测电压等，这些参数对于精确控制充电电流和电压至关重要。

状态机

状态机相关的参数包括温度阈值、电池欠压和过压阈值等，这些参数确保了充电过程的安全和稳定。

控制输入/输出

控制输入/输出引脚的电压范围、偏置电流等参数，决定了产品与外部电路的接口特性。

五、详细工作原理

充电过程

MAX1737的充电过程包括多个阶段，如预充电、快速充电、满充电和顶充等。

• 预充电：当电池电压低于欠压阈值时，充电器进入预充电模式，以约为满量程5%的电流对电池进行充电。
• 快速充电：电池电压高于欠压阈值后，进入快速充电阶段，以恒定电流对电池进行充电。
• 满充电：当电池电压达到电池调节电压时，进入满充电阶段，以恒定电压对电池进行充电。
• 顶充：满充电完成后，进入顶充阶段，继续以恒定电压充电，直到顶充定时器超时。

控制环路

它包含多个控制环路，如电压调节环路、充电电流调节环路和输入电流调节环路。

• 电压调节环路：通过内部误差放大器（GMV）来维持电压调节，补偿点在CCV。
• 充电电流调节环路：通过测量电流感测电阻（R18）两端的电压来感测电流，误差放大器（GMI）的补偿点在CCI。
• 输入电流调节环路：通过测量CSSP和CSSN之间的电流感测电阻（R12）两端的电压来感测输入电流，误差放大器（GMS）的补偿点在CCS。

PWM控制器

PWM控制器驱动外部MOSFET来控制充电电流或电压，输入为CCI、CCV或CCS中的最小值。内部有斜率补偿，确保在宽占空比范围内稳定工作。同时，内置的死区时间可以防止短路电流，但可能会导致同步整流器的体二极管导通，可通过并联肖特基整流器来解决。

六、设计要点

设置电池调节电压

通过VADJ引脚可以调整电池调节电压，调整范围为±5%。计算公式为： [V{A D J}=left(frac{9.5 × V{B A T T R}}{N}right)-left(9.0 × V_{R E F}right)] 其中，VBATTR是N倍的电池电压，N为电池节数，CELL用于选择电池节数。

设置充电电流限制

通过ISETOUT引脚的电压来确定充电电流，计算公式为： [I{CHG}=I{FSI} frac{V{ISETOUT }}{V{REF }}] 其中，IFSI为满量程充电电流，由CS和BATT之间的电流感测电阻（R18）决定，即(IFSI = 0.2V / R18)。

设置输入电流限制

通过ISETIN引脚的电压来设置输入电流限制，计算公式为： [I{IN}=I{F S S} frac{V{ISETIN }}{V{REF }}] 其中，IFSS为满量程源电流，由CSSP和CSSN之间的电流感测电阻（R12）决定，即(I_{F S S}=0.1V / R12)。

电感选择

电感值的选择会影响纹波电流，一般选择使纹波电流约为直流平均充电电流的30%至50%。计算公式为： [L=frac{V{BATT }left(V{DCIN(MAX) }-V{BATT }right)}{V{DCIN(MAX )} × f × I_{CHG} × LIR }] 其中，f为开关频率（300kHz），LIR为纹波电流与直流充电电流的比值。

电容选择

• 输入电容：要能够处理输入RMS电流，计算公式为： [I{CIN} approx I{CHG} sqrt{D-D^{2}}] 其中，ICIN为输入电容RMS电流，D为PWM转换器占空比，ICHG为电池充电电流。
• 输出电容：其电容值和ESR对滤波效果和PWM电路的稳定性至关重要，最小输出电容计算公式为： [C{OUT }>frac{V{REF }left(1+frac{V{BATT }}{V{DCIN(MIN) }}right)}{V{BATT } × f × R{CS}}] 最大输出电容ESR计算公式为： [R{ESR}{CS} × V{BATT}}{V{REF }}]

MOSFET选择

需要根据充电电路的效率、功率耗散和MOSFET的温度上升来选择合适的MOSFET。高侧MOSFET和同步整流MOSFET的占空比和功率耗散可以通过相应的公式计算。

补偿设置

三个调节环路（输入电流限制、充电电流限制和充电电压限制）可以分别通过CCS、CCI和CCV引脚进行补偿。

七、总结

MAX1737是一款功能强大、性能出色的独立开关模式锂离子电池充电器控制器。它在电压调节精度、充电效率、安全保护等方面都有优秀的表现。在设计过程中，我们需要根据具体的应用需求，合理设置电池调节电压、充电电流限制、输入电流限制等参数，选择合适的电感、电容和MOSFET，并进行正确的补偿设置。通过深入了解MAX1737的特性和工作原理，我们可以更好地利用它来设计出高效、安全的电池充电系统。各位工程师在实际应用中，不妨多尝试和探索，充分发挥其优势，为电子设备的电池充电管理带来更优质的解决方案。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。