高效穩(wěn)定！MAX1898單節(jié)鋰電池線性充電器解析

作為一名電子工程師，在設計涉及單節(jié)鋰電池充電的項目時，選擇一款合適的充電器芯片至關(guān)重要。今天給大家詳細介紹一款Maxim公司的產(chǎn)品——MAX1898單節(jié)鋰電池線性充電器，它在眾多應用場景中都展現(xiàn)出了出色的性能。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1898與外部PNP或PMOS晶體管配合使用，可以構(gòu)成一個完整的單節(jié)鋰離子（Li+）電池充電器。它具備精確的恒流/恒壓充電功能，電池調(diào)節(jié)電壓精度可達 ±0.75%，這對于優(yōu)化電池性能和延長循環(huán)壽命非常關(guān)鍵。而且，充電電流可以由用戶自行設置，并且采用內(nèi)部電流感應方式，無需外部電流感應電阻，簡化了電路設計。此外，該芯片還提供了用于監(jiān)控充電狀態(tài)、輸入電源是否存在以及充電電流的輸出引腳。同時，它還具備關(guān)機、可選的無需輸入電源循環(huán)的充電周期重啟、可選擇的充電終止安全定時器以及針對深度放電電池的低電流預充電等附加功能。

MAX1898有兩個版本，分別適用于不同化學體系的鋰電池。其中，MAX1898EUB42的電池調(diào)節(jié)電壓為4.2V，MAX1898EUB41的電池調(diào)節(jié)電壓為4.1V。兩款芯片均采用10引腳超薄μMAX封裝，集成度高，所需的外部元件極少。

二、應用場景

MAX1898的應用范圍十分廣泛，常見于以下設備中：

1. 單節(jié)鋰電池供電的便攜式設備：如便攜式音樂播放器、小型傳感器設備等，這些設備對電池充電的穩(wěn)定性和芯片的集成度要求較高，MAX1898正好能滿足這些需求。
2. 自充電電池組：為一些需要自行充電的電池組提供可靠的充電解決方案。
3. 個人數(shù)字助理（PDAs）：確保PDA設備的鋰電池能夠安全、高效地充電。
4. 手機：在手機充電電路中發(fā)揮作用，保障手機電池的正常充電。
5. 座式充電器：可用于設計各種座式充電器，滿足不同設備的充電需求。

三、產(chǎn)品特性

1. 簡單安全的線性充電器：采用線性充電方式，電路設計簡單，同時具備多種安全保護功能，確保電池充電安全。
2. 使用低成本的PNP或PMOS傳輸元件：可以根據(jù)實際需求選擇合適的傳輸元件，降低成本。
3. 4.5V至12V的輸入電壓范圍：能夠適應較寬的輸入電壓，增加了芯片的通用性。
4. 內(nèi)部電流感應電阻：無需外部電流感應電阻，減少了元件數(shù)量和電路板面積。
5. ±0.75%的電壓精度：保證了電池充電時的電壓穩(wěn)定性，有利于提高電池性能和壽命。
6. 可編程充電電流：用戶可以根據(jù)電池的規(guī)格和需求，靈活設置充電電流。
7. 自動輸入電源檢測：能夠自動檢測輸入電源的存在，方便充電操作。
8. LED充電狀態(tài)指示燈：通過CHG引腳連接LED，用戶可以直觀地了解電池的充電狀態(tài)。
9. 可編程安全定時器：可以設置最大充電時間，避免過充情況的發(fā)生。
10. 電流感應監(jiān)控輸出：通過ISET引腳可以實時監(jiān)控充電電流的大小。
11. 可選/可調(diào)的自動重啟功能：可以根據(jù)需要配置自動重啟功能，確保電池在電壓下降到一定程度時自動恢復充電。
12. 小型μMAX封裝：尺寸小巧，適合應用于對空間要求較高的設備中。

四、引腳配置與功能

五、電氣特性

（一）電源電壓范圍

MAX1898的電源電壓范圍為4.5V至12V，能夠適應不同的輸入電源。

（二）輸入OK觸發(fā)點

輸入OK觸發(fā)點分為上升沿和下降沿，不同情況下的觸發(fā)電壓有所不同，具體數(shù)值在文檔中有詳細說明。這些觸發(fā)點用于檢測輸入電源的狀態(tài)，確保充電器在合適的電源條件下工作。

（三）EN/OK引腳電流

當輸入電源不正常時，EN/OK引腳的灌電流為100μA；當輸入電源正常時，EN/OK引腳的拉電流在5 - 20μA之間。同時，EN/OK引腳還有邏輯輸入高電平和低電平的要求，分別為2V和0.6V。

（四）電壓環(huán)路和電流環(huán)路特性

電壓環(huán)路方面，不同版本的MAX1898有不同的電壓環(huán)路設置點和預充電電壓閾值。電流環(huán)路方面，內(nèi)部電流感應電阻、RMS充電電流、電流感應放大器增益、電流環(huán)路調(diào)節(jié)設置點等參數(shù)都有明確的范圍，這些參數(shù)對于控制充電電流和保證充電的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

（五）定時器功能

定時器的源/灌電流為5μA，定時器精度在一定條件下為 -10% 至 +10%。CHG輸出在不同狀態(tài)下的電流和閃爍頻率也有相應的規(guī)定，可用于判斷充電狀態(tài)和故障情況。

六、充電過程詳解

（一）啟動快速充電條件

當滿足以下任意條件時，MAX1898將啟動快速充電：

1. 連接外部電源，且電池電壓高于2.5V。
2. 電池電壓下降到重啟閾值（MAX1898EUB42為4.0V，MAX1898EUB41為3.9V）。
3. 通過將EN/OK引腳拉低再拉高來重置IC。
4. 預充電周期結(jié)束，電池電壓達到2.5V。

（二）預充電功能

由于鋰電池在完全沒電的狀態(tài)下進行快速充電可能會損壞電池，MAX1898在充電周期開始時，會以用戶編程的快速充電電流的10%對電池進行預充電，當電池電壓上升到2.5V時，再開始快速充電。

（三）電流限制模式

MAX1898通過線性控制外部PMOS或PNP晶體管來調(diào)節(jié)充電電流。最大充電電流由連接在ISET引腳到地的外部RSET電阻編程設置，計算公式為： [I{FASTCHG }=frac{1400 V}{R{SET}}] 其中，IFASTCHG的單位為安培，RSET的單位為歐姆。同時，ISET引腳還可以用于實時監(jiān)控實際充電電流，其輸出電流為每安培充電電流對應1mA，輸出電壓與充電電流成正比，計算公式為： [V{ISET }=frac{lfloorCHG × R{SET}}{1000}] 在選定的快速充電電流下，ISET引腳的電壓標稱值為1.4V，隨著電池充滿，充電電流減小，ISET引腳的電壓也會下降。

（四）CHG狀態(tài)輸出

（五）充電周期重啟

MAX1898可以配置為當電池電壓下降到比電池調(diào)節(jié)電壓低200mV時自動重啟充電周期（將RSTRT引腳接地）。也可以通過在RSTRT引腳和地之間連接外部電阻來降低重啟閾值。如果不需要自動重啟功能，可以將RSTRT引腳浮空。當重啟功能禁用時，充電只能通過將EN/OK引腳拉低或斷開并重新連接輸入電源來重新啟動。

（六）EN/OK引腳功能

EN/OK引腳具有兩個功能。它主要作為邏輯輸入（高電平有效）來啟用充電器，同時還可以指示輸入電源是否連接。當輸入電源連接到IN引腳（(V{IN }>V{BAT })且(V_{IN }>4.25 ~V)）時，EN/OK引腳通過100kΩ的內(nèi)部上拉電阻拉高到3V。因此，EN/OK引腳可以輸出到邏輯輸入，以指示交流適配器的存在，同時也可以由開漏邏輯驅(qū)動來控制充電器的開關(guān)。當開漏邏輯輸入為低電平時，會覆蓋內(nèi)部上拉電阻，關(guān)閉充電器；當開漏邏輯輸入為高阻抗時，如果IN引腳有電源，EN/OK引腳將拉高。如果IN引腳沒有（或電壓不足），EN/OK引腳將保持低電平，充電器將關(guān)閉。

（七）電池放電電流

MAX1898采用先進的CMOS電路來完全監(jiān)控電池狀態(tài)，同時從電池本身吸取的電流極小。當輸入電壓小于電池電壓時，電池放電電流通常為3μA。當輸入電源存在且充電完成（充電定時器超時）時，電池放電電流通常為40μA。通過禁用重啟功能，可以將該電流降低到4μA。

七、應用電路設計

（一）基本應用電路

MAX1898的基本應用電路如圖所示，需要在BATT引腳添加一個10μF的旁路電容，以穩(wěn)定電池電壓。同時，可以添加一個LED作為充電狀態(tài)指示器。為了避免在輸入電源短路時電池放電，應在外部晶體管的漏極/集電極和BATT之間添加一個肖特基二極管。

（二）選擇最大充電時間

可以通過在CT引腳和地之間連接一個外部電容來設置最大充電時間，計算公式為： [C{CT}[nF]=34.33 × t{CHG} hours ]] 其中，tCHG為標稱充電時間限制（單位：小時）。最大充電定時器主要作為安全定時器使用，通常不參與充電控制回路。在以1C速率對鋰電池充電時，正常充電時間約為1.5小時，但實際時間可能會因溫度和電池類型而有較大差異。在大多數(shù)情況下，建議將最大充電時間限制設置為3小時，以確保正常充電不會被充電定時器中斷。也可以將CT引腳接地來完全禁用充電安全定時器，但需要注意的是，此時重啟功能和預充電故障指示也將被禁用。

（三）控制自動重啟

MAX1898具有自動重啟功能，當電池電壓下降到預定水平時會恢復充電。在大多數(shù)定時充電器中，一旦充電超時，后續(xù)電池放電后，如果沒有外部信號重啟充電器，充電將不會恢復。而MAX1898通過自動恢復充電，確保在充電器電源可用時，電池不會在使用后處于部分充電狀態(tài)。自動重啟功能可以通過以下方式配置：

1. 禁用重啟：將RSTRT引腳浮空。電池充電完成且充電定時器超時后，只能通過循環(huán)輸入電源到IN引腳或切換EN/OK引腳來啟動充電。禁用重啟功能后，充電完成后的電池放電電流可降低到4μA；啟用重啟功能時，充電完成后的電池放電電流為40μA。
2. 啟用默認重啟閾值：將RSTRT引腳接地，MAX1898EUB42的默認重啟閾值為4V，MAX1898EUB41的默認重啟閾值為3.9V。電池充電完成且充電定時器超時后，當電池電壓下降到重啟閾值時，充電將自動重啟。
3. 降低重啟閾值：如果需要，可以通過在RSTRT引腳和地之間連接一個電阻來降低重啟閾值。對于MAX1898EUB42，當VRSTRT值在3V到4V之間時，電阻計算公式為： [R{RSTRT }[k Omega]=left[frac{69.275 k Omega}{frac{V{RSTRT }}{1.4 V}-1}right]-37.301 k Omega] 對于MAX1898EUB41，當VRSTRT值在3V到3.9V之間時，電阻計算公式為： [R{RSTRT }[k Omega]=left[frac{66.822 k Omega}{frac{V{RSTRT }}{1.4 V}-1}right]-37.301 k Omega] 需要注意的是，如果CT引腳接地（充電定時器禁用），重啟功能也將被禁用。

八、外部元件選擇

MAX1898驅(qū)動外部晶體管來控制充電電流，選擇合適的外部元件對于充電器的性能至關(guān)重要。

（一）功率晶體管選擇

功率晶體管（MOSFET或雙極型）的最重要規(guī)格是電流額定值和封裝功率耗散。由于MAX1898作為線性充電器工作，熱量會在外部晶體管中耗散，最壞情況下的功率耗散為： [PDISS(MAX) = IFASTCHG left(V_{IN}-2.5 Vright)] 功率晶體管和散熱措施（通常是擴展的PCB板平面）必須能夠承受PDISS(MAX)。

（二）MOSFET選擇

最常用的功率器件是P溝道MOSFET，其工作電壓必須超過預期的輸入電壓。在大多數(shù)充電器設計中，一個相對低成本的FET（RDS(ON)約為100mΩ - 200mΩ）就可以滿足要求。雖然低電阻的FET性能更好，但在這種情況下增加的成本可能并不值得。

（三）PNP雙極型晶體管選擇

也可以使用PNP雙極型晶體管作為功率器件。DRV引腳最多可以吸收4mA電流，因此需要較高的電流增益（hFE或Beta），以允許DRV引腳驅(qū)動雙極型功率晶體管的基極。對于500mA的快速充電電流，需要hFE為125。雖然達林頓PNP晶體管的電流增益較高，但由于穩(wěn)定性限制，不建議使用。

（四）防止電池放電

如果(VIN)小于VBATT，外部增強型FET的體二極管會使電流從電池流回電源。為了防止這種情況發(fā)生，應在漏極和BATT之間添加一個肖特基二極管。

九、總結(jié)

MAX1898單節(jié)鋰電池線性充電器是一款功能強大、性能穩(wěn)定的充電器芯片，具有高精度的電壓控制、靈活的充電電流設置、多種安全保護功能和方便的充電狀態(tài)指示等優(yōu)點。在設計單節(jié)鋰電池充電電路時，電子工程師可以根據(jù)具體的應用需求，合理選擇外部元件，充分發(fā)揮MAX1898的性能優(yōu)勢，為設備提供可靠的充電解決方案。同時，在實際應用中，還需要注意一些細節(jié)，如充電時間的設置、自動重啟功能的配置等，以確保電池的安全和性能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。