MAX77962：高性能2S鋰離子電池USB - C降壓 - 升壓充電器深度剖析

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，高效、可靠的電池充電解決方案至關(guān)重要。Analog Devices推出的MAX77962，作為一款面向2S鋰離子電池的23VIN 3.2AOUT USB - C降壓 - 升壓充電器，憑借其卓越的性能和豐富的功能，為電子工程師們帶來了全新的設(shè)計思路。

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一、器件概述

MAX77962是一款高性能的寬輸入3.2A降壓 - 升壓充電器，集成了Smart Power Selector?技術(shù)。它無需額外電感即可實現(xiàn)反向降壓功能，支持USB On - the - Go (OTG) 配件供電。該器件集成了低損耗功率開關(guān)，具有小尺寸、高效率、低發(fā)熱和快速充電等優(yōu)點。其反向降壓模式具備真正的負載斷開功能，并受可調(diào)輸出電流限制保護。同時，它支持通過I2C配置或電阻配置進行靈活編程。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

1. 寬輸入電壓范圍

支持3.5V至23V的輸入工作范圍，耐壓達30V DC，能適應多種電源輸入，為不同應用場景提供了廣泛的選擇。

2. 高效率

在9VIN/7.4VOUT/1.5AOUT條件下，峰值效率可達97%，有效減少了能量損耗，提高了充電效率。

3. 可編程性

輸入電流限制可在50mA至3.15A之間編程，恒流充電電流可在50mA至3.2A之間編程，滿足不同電池和系統(tǒng)的充電需求。

4. 智能功率選擇器

Smart Power Selector架構(gòu)能夠高效分配外部電源、電池和系統(tǒng)之間的能量，確保系統(tǒng)在各種電源條件下都能穩(wěn)定運行。

5. 安全特性

具備充電定時器、看門狗、結(jié)溫調(diào)節(jié)和過/欠壓保護等多種安全特性，保障電池充電過程的安全可靠。

三、詳細功能解析

1. 充電器配置

MAX77962支持自主充電和I2C編程兩種配置方式。在自主充電模式下，可通過INLIM、ITO、ISET、VSET等引腳配置充電器；在I2C編程模式下，主機控制器可對充電器進行靈活的編程和監(jiān)控。

2. 熱管理

• 熱折返：當芯片結(jié)溫超過設(shè)定閾值時，熱折返電路會按5%/°C的比例降低電池充電器的目標電流，以調(diào)節(jié)結(jié)溫，同時會產(chǎn)生CHG_I中斷，主機可通過TREG狀態(tài)位讀取熱調(diào)節(jié)狀態(tài)。
• JEITA合規(guī)：通過連接在THM引腳的NTC熱敏電阻監(jiān)測電池溫度，根據(jù)電池溫度自動調(diào)整快充電流和/或充電終止電壓，確保電池在安全溫度范圍內(nèi)充電。
• 熱關(guān)斷：當芯片結(jié)溫超過熱關(guān)斷閾值（165°C）時，芯片會自動關(guān)斷并重置O型I2C寄存器，具有15°C的熱滯回。

  3. 充電狀態(tài)

• 預充電狀態(tài)：當電池電壓低于預充電閾值（VPRECHG）時，充電器進入預充電狀態(tài)，充電電流為IPRECHG。若電池在該狀態(tài)停留時間超過tPQ，將進入定時器故障狀態(tài)；若看門狗定時器未及時復位，將進入看門狗暫停狀態(tài)。
• 涓流充電狀態(tài)：當VPRECHG < VBATT < VSYSMIN - 500mV時，充電器進入涓流充電狀態(tài)，充電電流小于或等于ITRICKLE。當電池電壓超過VSYSMIN - 500mV或PQEN位清零時，進入快充恒流狀態(tài)。
• 快充恒流（CC）狀態(tài)：當VSYSMIN - 500mV < VBATT < VBATTREG時，充電器進入快充恒流狀態(tài)，充電電流小于或等于IFC。當電池電壓超過VBATTREG時，進入快充恒壓狀態(tài)。
• 快充恒壓（CV）狀態(tài)：當電池電壓達到VBATTREG時，充電器進入快充恒壓狀態(tài)，充電電流逐漸減小。當充電電流低于ITO并持續(xù)tTERM時間后，進入頂充狀態(tài)。
• 頂充狀態(tài)：頂充狀態(tài)下，充電器維持電池兩端的VBATTREG電壓，充電電流小于或等于ITO。經(jīng)過頂充時間tTO后，進入完成狀態(tài)。
• 完成狀態(tài)：充電完成后，充電器進入完成狀態(tài)，充電電流為0A。當電池電壓低于VBATTREG - VRSTRT時，充電器將重新進入快充恒流狀態(tài)。

  4. 反向降壓模式（OTG）

  當MODE[3:0] = 0x0A或OTGEN = H時，DC - DC轉(zhuǎn)換器進入反向降壓模式，即USB OTG模式。在該模式下，CHGIN電壓被調(diào)節(jié)到5.1V，輸出電流可通過OTG_ILIM[2:0]編程，范圍為500mA至1.5A。需要注意的是，OTG模式與跳過模式?jīng)_突，啟用OTG功能前需禁用跳過模式。

四、硬件設(shè)計要點

1. 電感選擇

根據(jù)開關(guān)頻率和最大標稱CHGIN電壓的不同組合，選擇合適的電感。較低的電感DCR可提高降壓 - 升壓效率，但需在電感尺寸和DCR值之間進行權(quán)衡。

2. 電容選擇

• CHGIN電容：選擇具有X5R或X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，如1 x 10μF (1210) 或2 x 10μF (0805) 電容，以降低輸入電源的電流峰值和開關(guān)噪聲。
• SYS電容：選擇具有X5R或X7R電介質(zhì)的陶瓷電容，如1 x 47μF (1210) 或2 x 47μF (1206) 電容，以保持輸出電壓紋波小并確保調(diào)節(jié)環(huán)路穩(wěn)定。

  3. 電池插入保護

  為防止電池熱插拔時產(chǎn)生的高浪涌電流損壞QBAT FET，需在電路板上添加一個3A肖特基二極管，將浪涌電流從BATT轉(zhuǎn)移到SYS，保護芯片。

  4. PCB布局

• 確保CHGIN電容和SYS電容分別緊鄰IC的CHGIN引腳和SYS引腳，以減少輸入和輸出電流環(huán)路中的寄生電感。
• 電感應緊鄰LX引腳，且LX引腳與電感之間的走線應短而寬，以降低PCB走線阻抗。
• CSINP和CSINN走線應盡可能對稱，以提高差分CHGIN電流感測的準確性。

五、總結(jié)

MAX77962以其高性能、高集成度和豐富的功能，為2S鋰離子電池充電應用提供了一個優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計過程中，應充分利用其可編程性和安全特性，結(jié)合合理的硬件設(shè)計，確保系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。同時，在實際應用中，還需根據(jù)具體需求對器件進行深入調(diào)試和優(yōu)化，以達到最佳的充電效果。你在使用MAX77962的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。