MCP73831/2：小型单节锂离子/锂聚合物充电管理控制器解析

在电子设备不断追求小型化和高性能的今天，电池充电管理控制器的性能和适用性显得尤为重要。MCP73831/2作为高度先进的线性充电管理控制器，在空间受限、成本敏感的应用中表现出色。下面我们就来深入了解一下这款控制器。

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一、核心特性

1. 集成设计优势

MCP73831/2采用线性电荷管理控制器，集成了传输晶体管、电流感应功能以及反向放电保护。这种集成设计不仅减少了外部元件的使用，还提高了系统的可靠性和稳定性。

2. 高精度电压调节

具备高精度预设电压调节功能，精度可达±0.75%，并且提供4.20V、4.35V、4.40V、4.50V四种电压调节选项，能够满足不同电池的充电需求。

3. 可编程充电电流

充电电流可在15 mA至500 mA之间进行编程设置，工程师可以根据实际应用需求灵活调整充电电流大小。

4. 可选功能设置

提供可选的预充电和充电终止控制选项。预充电电流比例可选择10%、20%、40%或禁用；充电终止电流比例可选择5%、7.5%、10%或20%，增加了充电过程的灵活性。

5. 充电状态输出

MCP73831具有三态输出，MCP73832具有开漏输出，方便与外部设备进行连接，实现充电状态的指示。

6. 其他特性

具备自动断电和热调节功能，工作温度范围为 -40°C至 +85°C，提供8引脚、2 mm x 3 mm DFN和5引脚、SOT - 23两种封装形式，适用于多种应用场景。

二、电气特性

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。MCP73831/2的VDD最大为7.0V，所有输入和输出相对于VSS的电压范围为 -0.3V至 (VDD + 0.3)V，最大结温内部受限，存储温度范围为 -65°C至 +150°C，所有引脚的ESD保护人体模型≥4 kV，机器模型为400V。

2. 直流特性

• 电源输入：电源电压VDD范围为3.75V至6V，不同工作状态下的电源电流有所不同，如充电时为510 - 1500 μA，充电完成且无电池时为53 - 200 μA等。
• 电压调节：在恒压模式下，不同型号的调节输出电压有所差异，如MCP7383X - 2为4.168 - 4.232V等，并且具有良好的线性调节和负载调节能力。
• 电流调节：快速充电电流调节与编程电阻有关，如PROG = 10 kΩ时，快速充电电流调节为90 - 110 mA等。
• 其他特性：还包括预充电电流调节、充电终止电流比例、自动充电阈值等参数，这些参数的设置可以根据实际需求进行调整。

  3. 交流特性

  包含UVLO启动延迟、从预充电模式过渡到恒流模式的时间、终止比较器滤波时间等参数，这些参数对于充电过程的稳定性和准确性有着重要影响。

  4. 温度特性

  指定温度范围为 -40°C至 +85°C，工作温度范围为 -40°C至 +125°C，存储温度范围为 -65°C至 +150°C。不同封装形式的热阻不同，如5引脚SOT - 23封装的热阻典型值为230°C/W，8引脚2 mm x 3 mm DFN封装的热阻典型值为76°C/W。

三、工作流程

1. 欠压锁定（UVLO）

内部UVLO电路会监测输入电压，当输入电压低于UVLO阈值时，充电器处于关机模式。只有当输入电压高于阈值且高于电池电压150 mV时，MCP73831/2才会开始工作。当输入电压下降到接近电池电压（+50 mV）时，设备会再次进入关机模式。

2. 电池检测

通过V BAT引脚提供6 μA（典型值）的电流来检测电池是否存在。如果V BAT引脚的电压上升到V REG + 100 mV（典型值），则认为电池不存在；如果电压保持在该值以下，则认为检测到电池。

3. 充电资格判断

要开始充电周期，必须满足所有UVLO条件，并且存在电池或输出负载，同时需要将充电电流编程电阻从PROG连接到V SS。如果PROG引脚开路或浮空，则MCP73831/2将被禁用。

4. 预充电

当V BAT引脚的电压低于预充电阈值时，MCP73831/2进入预充电或涓流充电模式，以一定比例的充电电流为电池充电。当V BAT引脚的电压上升到预充电阈值以上时，进入恒流或快速充电模式。

5. 快速充电恒流模式

在恒流模式下，通过从PROG到V SS的单个电阻设置充电电流，为电池或负载提供恒定电流，直到V BAT引脚的电压达到调节电压V REG。

6. 恒压模式

当V BAT引脚的电压达到调节电压V REG时，开始恒压调节，调节电压的精度为±0.75%。

7. 充电终止

在恒压模式下，当平均充电电流减小到低于编程充电电流的一定百分比时，充电周期终止，MCP73831/2进入充电完成模式。

8. 自动充电

在充电完成模式下，MCP73831/2会持续监测V BAT引脚的电压，如果电压下降到充电阈值以下，则会开始另一个充电周期。

9. 热调节和热关断

MCP73831/2会根据芯片温度限制充电电流，优化充电周期时间并确保设备可靠性。当芯片温度超过150°C时，充电会暂停，当温度冷却约10°C后，充电会恢复。

四、引脚说明

1. 电池管理输入电源（VDD）

推荐的电源电压范围为 [VREG (典型值) + 0.3V]至6V，需要使用至少4.7 μF的电容进行旁路。

2. 电池充电控制输出（VBAT）

连接到电池的正极，是内部P沟道MOSFET传输晶体管的漏极。为确保电池断开时的环路稳定性，需要使用至少4.7 μF的电容进行旁路。

3. 充电状态输出（STAT）

可用于连接LED以指示充电状态，也可以通过上拉电阻与主机微控制器接口。MCP73831的STAT为三态逻辑输出，MCP73832的STAT为开漏输出。

4. 电池管理0V参考（VSS）

连接到电池的负极和输入电源。

5. 电流调节设置（PROG）

通过在PROG和VSS之间连接电阻来设置预充电、快速充电和终止电流。将PROG输入浮空可以禁用充电管理控制器。

6. 外露散热垫（EP）

EP与VSS引脚内部电气连接，在印刷电路板（PCB）上必须连接到相同的电位。为了获得更好的散热性能，建议从EP的焊盘区域添加过孔到PCB另一侧的铜层。

五、应用设计

1. 应用电路设计

• 组件选择：电流编程电阻R PROG的选择要根据电池的容量和充电需求来确定，例如对于500 mAh的电池，优选的快速充电电流为500 mA。输入过压保护（IOVP）在输入电源可热插拔时必须使用，可通过连接瞬态抑制二极管来抑制电压瞬变。
• 热考虑：在输入电压最大且设备从预充电模式过渡到恒流模式时，电池充电器的功耗最大。需要根据实际情况进行热设计，选择合适的封装形式，如SOT - 23 - 5封装在高功耗时可能会进入热调节模式，而2mm x 3mm DFN封装可以减少充电周期时间。
• 外部电容：为了在恒压模式下保持良好的交流稳定性，建议使用至少4.7 μF的电容对V BAT引脚进行旁路。不同类型的电容（如陶瓷、钽或铝电解电容）都可以使用，具体选择要根据输出负载电流来确定。
• 反向阻断保护：MCP73831/2提供了对故障或短路输入的保护，防止电池通过内部传输晶体管的体二极管放电。
• 充电抑制和状态接口：PROG引脚可以用于在充电周期的任何时候终止充电、启动充电周期或启动再充电周期。充电状态输出可以用于点亮外部LED或与主机微控制器接口。

  2. PCB布局问题

  为了实现最佳的电压调节，应将电池组尽可能靠近设备的V BAT和V SS引脚，以减少高电流PCB走线的电压降。如果将PCB布局用作散热器，在散热垫中添加多个过孔可以帮助将更多的热量传导到PCB背板，从而降低最大结温。

六、封装信息

MCP73831/2提供8引脚、2 mm x 3 mm DFN和5引脚、SOT - 23两种封装形式，每种封装都有相应的尺寸和引脚定义。在选择封装时，需要考虑应用的空间要求、散热需求等因素。

综上所述，MCP73831/2以其丰富的特性、灵活的配置和良好的性能，为锂离子/锂聚合物电池充电管理提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择参数和设计电路，以充分发挥其优势。你在使用MCP73831/2的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。