深度解析MP2759A：一款高性能的多节电池开关充电器

在电子设备的电源管理领域，一款优秀的充电器对于保障电池的安全、高效充电至关重要。今天，我们就来深入了解一下MPS公司推出的MP2759A，这是一款高度集成的开关充电器，专为1至6节串联的锂离子或锂聚合物电池组应用而设计。

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一、MP2759A的主要特性

1. 宽电压范围与高耐压能力

MP2759A可在最高36V的直流输入电压下工作，并且在不开关时能够承受高达45V的电压。这种高耐压能力使得它在多种电源环境下都能稳定工作，为不同的应用场景提供了更广泛的选择。

2. 多电池类型支持

该充电器支持多种电池化学类型，可通过不同的电池调节电压进行配置。用户可以根据实际需求，通过CELL和VB引脚选择不同的电池节数和调节电压，满足多样化的电池充电需求。

3. 充电电流与精度

MP2759A最高可提供3A的充电电流，并且具有0.5%的电池调节电压精度。这意味着它能够精确地控制充电过程，确保电池充电的安全性和高效性。

4. 输入电流与电压限制

具备输入电流限制和最小输入电压限制功能。当输入电流达到设定的限制值，或者输入电压下降到最小输入电压限制时，充电器会自动降低充电电流，以限制输入功率，保护电源和电池。

5. 全面的保护功能

为了保证安全运行，MP2759A集成了多种保护特性，如电池过压保护（OVP）、电池温度感应与保护、热关断以及充电安全定时器等。这些保护功能能够有效防止电池过充、过热等问题，延长电池的使用寿命。

6. 小巧的封装

采用QFN - 19（3mmx3mm）封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用场景。

二、工作原理与充电过程

1. 电源供应

VCC引脚由IN引脚供电，VCC能产生一个稳定的5V输出，最小电流限制为30mA。当输入源存在时，VCC为内部偏置电路和功率MOSFET驱动器供电；当输入源缺失，仅电池存在时，VCC无输出。当VVCC超过内部欠压锁定（UVLO）阈值时，IC退出睡眠模式，准备开始充电过程。

2. 输入有效性检测

在启动前，IC会检查输入源的电压。输入源需满足 (V{IN }>V{IN _ UVLO }) 且 (V{IN }>V{BATT}+V_{HDRM}) 这两个条件。当输入电压满足要求后，ACOK引脚拉低，表示输入电源就绪。经过170ms的延迟后，DC/DC转换器启用。

3. 充电周期

MP2759A提供四个充电阶段：

• 涓流充电：当电池电压低于VBATT_TC（2V/cell）时，IC以100mA的涓流充电电流对电池进行充电。
• 预充电：当电池电压超过VBATT_TC但低于VBATT_PRE（3V/cell，对于3.6V电池调节设置为2.5V/cell）时，IC以预充电电流（可通过OTP配置）对电池进行充电，最小预充电电流被钳位到100mA。
• 恒流快速充电：当电池电压超过VBATT_PRE时，IC进入恒流快速充电阶段。充电电流（ICC）可通过ISET引脚电阻进行设置。
• 恒压充电：当电池电压达到充电调节电压（VBATT_REG）时，充电电流开始下降。当充电电流下降到电池终止阈值（ITERM），经过去毛刺时间（tTERM_DGL）后，充电周期完成。如果在充电安全定时器到期前充电电流未达到ITERM，则充电周期结束，并发出相应的超时故障信号。

4. 充电终止

终止电流阈值（ITERM）可通过一次性可编程（OTP）存储器进行配置，可设置为快速充电设置电流（ICC）的10%或20%，最小终止阈值被钳位到100mA。当满足充电电流低于终止阈值持续去毛刺时间、IC处于恒压充电模式且IC不在输入电流或输入电压环路操作这三个条件时，充电终止。

5. 自动再充电

当电池充电周期完成后，充电器停止工作。在此期间，外部负载可能消耗电池电量，或者电池可能自放电。当电池电压低于自动再充电阈值且输入电源存在时，新的充电周期自动开始，充电安全定时器重置。

三、关键参数设置

1. 电池节数选择

通过CELL引脚可以配置MP2759A为1至6节串联的电池组充电。不同的CELL引脚连接方式对应不同的电池节数，具体如下：	CELL Pin Connection	Battery Cell Number
AGND	1-Cell Series
30kΩ to 40kΩ	2-Cell Series
60kΩ to 70kΩ	3-Cell Series
100kΩ to 110kΩ	4-Cell Series
160kΩ to 170kΩ	5-Cell Series
Pull up to VCC	6-Cell Series

2. 电池调节电压设置

通过VB引脚可以配置电池的调节电压，不同的VB引脚连接方式对应不同的电池调节电压，如下表所示：	VB Pin Connection	Battery Regulation Voltage
AGND	3.6V
30kΩ to 40kΩ	4.0V
60kΩ to 70kΩ	4.15V/cell or 4.1V/cell (set via the OTP, bit[5])
100kΩ to 110kΩ	4.2V
160kΩ to 170kΩ	4.35V
Pull up to VCC	4.4V

3. 充电电流设置

MP2759A通过检测外部检测电阻上的电压降来调节充电电流。通常推荐使用20mΩ的检测电阻，此时充电电流（ICC）可通过ISET和AGND引脚之间的电阻（RISET）进行设置，计算公式为： [I{C C}(A)=frac{96(k Omega) × 20(m Omega)}{R{ISET }(k Omega) × R_{SNS}(m Omega)}(A)]

4. 输入电流与电压限制设置

• 输入电流限制：通过ILIM引脚连接一个电阻（RILIM）到AGND来设置输入电流限制（IINLIM），计算公式为： [I{INLIM }(A)=frac{80(k Omega)}{R{ILIM }(k Omega)}(A)]
• 输入电压限制：VLIM引脚的电压是输入电压调节环路的反馈输入。当VLIM引脚电压下降到1.2V时，充电电流会降低以防止输入源过载。输入电压可通过连接在IN引脚和AGND之间的电阻分压器进行调节，调节后的输入电压计算公式为： [V_{IN_MINREF }=V{INMIN } × frac{R{1}}{R{1}+R{2}}(V)] 当VLIM引脚电压被拉低到0.8V以下时，充电器被禁用。

四、应用信息与组件选择

1. 电感选择

选择在最坏负载条件下不会饱和的电感。所需电感值可通过以下公式估算： [L=frac{V{IN }-V{BATT }}{Delta I{L{-} MAX }} × frac{V{BATT }}{V{IN } × f{SW }}] 其中，(VIN) 是输入电压，VBATT是电池电压，fSW是开关频率，(Delta I{L underline MAX }) 是最大峰 - 峰电感电流，通常设置为CC充电电流的30%至40%。对于大多数应用，推荐使用10µH、饱和电流为5A的电感。

2. 电容选择

• PMID电容：PMID电容（CPMID）作为降压调节器的去耦电容，推荐使用2.2µF/50V、具有X5R或X7R电介质、1206尺寸的陶瓷电容。不要在PMID引脚添加额外的电容，并从IN到PMID连接一个2A/40V的肖特基二极管。
• IN电容：对于输入电压 ≤20V的应用，推荐使用1µF/50V、0805或1206封装的陶瓷电容；对于输入电压 >20V的应用，尤其是存在输入热插拔情况的应用，需要在IN引脚添加一个 ≥47µF的电解电容。
• BATT电容：MP2759A需要一个 ≥10µF的电容来稳定BATT节点的环路。对于5节或6节电池的应用，可能需要添加一个47µF/50V的电解电容或TVS二极管来抑制过冲。

3. 其他组件选择

• NTC功能设置：支持JEITA配置文件进行电池温度管理。NTC热敏电阻应连接在NTC引脚和地之间，并且在VCC和NTC引脚之间放置一个上拉电阻（(R_{H}) ），推荐上拉电阻值等于25°C时热敏电阻的阻值。
• 电流检测电阻选择：MP2759A通过检测电流检测电阻上的电压降来获取电池充电电流的反馈信息。默认配置为20mΩ的电阻，对于较小功率的应用，可以适当增大电流检测电阻以提高调节精度。

4. PCB布局指南

PCB布局对于满足指定的噪声、效率和稳定性要求至关重要。以下是一些布局建议：

• 将PMID电容尽可能靠近PMID和PGND引脚，使用短的铜平面连接。
• 将PMID电容放置在与IC同一层。
• 最小化PMID电容和降压转换器功率MOSFET之间的高频电流路径环路。
• 选择尺寸为1206或1210的PMID电容，并将SW迹线路由在PMID电容下方。
• 最小化电感输入端子迹线的铜面积，以减少电场和磁场辐射，但要确保迹线足够宽以承载充电电流。
• 将AGND引脚连接到电池电容的地或PCB地。
• 将IC的电源引脚连接到尽可能多的铜平面，以将热量从IC传导出去。
• 确保过孔的数量和物理尺寸足以满足电流路径的要求。

五、总结

MP2759A是一款功能强大、性能优越的多节电池开关充电器。它具有宽电压范围、多电池类型支持、高精度充电控制以及全面的保护功能等特点，适用于工业医疗设备、电动工具、机器人和便携式吸尘器、无线扬声器等多种应用场景。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理设置各项参数，并注意组件选择和PCB布局，以充分发挥MP2759A的性能优势。你在使用MP2759A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。