MAX77928：1S锂离子电池的高效充电解决方案

在电子设备日新月异的今天，高效、安全的电池充电方案对于提升设备性能至关重要。Analog Devices的MAX77928作为一款10A双向3:1/2:1/1:1开关电容直接充电器，专为1S锂离子电池设计，为智能手机、平板电脑等多种设备的电池充电提供了出色的解决方案。

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一、产品概述

MAX77928是一款高度集成的充电器，它集成了多比率（3:1/2:1/1:1）开关电容转换器、2通道外部FET栅极驱动器、电压阻断FET、电压/电流调节以及ADC等功能，能够高效、安全地为1S电池充电，最大充电电流可达10A。无论是搭配USB Type - C可编程电源（PPS）适配器，还是在无PPS适配器的情况下（仅限2:1模式），都能发挥出良好的充电性能。

二、关键特性

（一）开关电容转换器

• 多比率转换：采用Dickson拓扑结构，可实现3:1、2:1和1:1的功率转换比。在不同的工作模式下，能够根据输入输出电压的要求灵活调整转换比率，以适应不同的充电场景。
• 双相设计：采用双相（A相和B相）设计，相位差为180度，有效降低了开关纹波，提高了充电效率和稳定性。

（二）外部栅极驱动器和VB FET

• 2通道驱动：提供2通道栅极驱动器（VEXT1_DRV和VEXT2_DRV），可驱动外部MOSFET或GaN FET，用于过压保护或双输入选择。
• 集成VB FET：集成了一个耐压24V的电压阻断（VB）FET，可替代外部FET，简化了电路设计。

（三）调节功能

• 电压和电流调节：集成了输入电流调节和电池（BATP - BATN）电压调节功能。输入电流调节范围可通过I2C编程，从500mA到5500mA；电池电压调节范围可从3.8V到4.55V。
• 温度调节：具备局部（INFET）管芯温度调节功能和调节定时器，可防止芯片过热，确保充电过程的安全。

（四）保护特性

• 过压和欠压保护：提供输入过压锁定（VIN OVLO）、输出过压锁定（VOUT OVLO）、VEXT1和VEXT2过压锁定（VEXT1 OVLO和VEXT2 OVLO）以及电池（BATP - BATN）过压锁定（VBATT OVLO）等保护功能，有效保护内部功率级和下游设备。
• 过流保护：具备正向和反向过流保护（CHGR OCP和RVSBST OCP）、反向电流保护（CHGR RCP）、输入电流过流保护（IIN OCP）以及输入电流欠流保护（IIN UCP）等功能，能够快速检测短路故障，保护功率级。
• 其他保护：还具备飞跨电容短路/开路检测、热报警和关断、看门狗定时器等保护功能，确保设备在各种异常情况下都能安全可靠地工作。

（五）ADC功能

• 多通道监测：拥有9通道12位ADC，可监测VIN电压、PMID电压、VEXT1电压、VEXT2电压、VOUT电压、电池差分电压、NTC电压、管芯温度和输入电流等参数。
• 灵活配置：用户可通过设置ADC_CFG1和ADC_CFG2寄存器，灵活选择要监测的通道。

（六）I2C接口

• 兼容性强：I2C接口兼容1.8V和1.2V电源轨，支持最高3.4MHz的时钟速率，方便与其他设备进行通信和配置。

三、工作模式

（一）正向充电模式

• 3:1模式：当OPERATION_MODE[2:0]设置为0x1时，IC进入3:1模式。在每个开关周期内，S1、S3、S4和S7同时导通50%的时间，S2、S5和S6同时导通另外50%的时间。
• 2:1模式：当OPERATION_MODE[2:0]设置为0x2时，IC进入2:1模式。S1、S4和S5同时导通50%的时间，S3、S6和S7同时导通另外50%的时间，S2始终导通。
• 1:1模式：当OPERATION_MODE[2:0]设置为0x3时，IC进入正向1:1模式。S1、S2、S3、S6和S7始终导通，S4和S5始终关断。

（二）反向升压模式

• 1:3模式：当OPERATION_MODE[2:0]设置为0x6时，IC进入反向升压1:3模式。工作方式与正向3:1模式类似，但电流方向相反。
• 1:2模式：当OPERATION_MODE[2:0]设置为0x5时，IC进入反向升压1:2模式。工作方式与正向2:1模式类似，但电流方向相反。
• 1:1模式：当OPERATION_MODE[2:0]设置为0x4时，IC进入反向1:1模式。工作方式与正向1:1模式类似，但电流方向相反。

（三）跳过模式和固定频率模式

• 正向模式：在正向模式（电池充电）下，SCC始终工作在固定频率模式。
• 反向升压模式：在反向升压模式（OTG模式）下，SCC支持自动跳过模式和固定频率模式。通过设置SKIP和VSKIP、ISKIP等参数，可实现轻载时的节能和全负载范围内的高效率。

四、系统配置

MAX77928支持七种系统配置，可根据不同的应用场景进行灵活选择。例如，在单输入配置中，可选择将VEXT1或VEXT2连接到输入电源；在双输入配置中，可实现不同输入源的切换和选择。

五、应用建议

（一）电容选择

• 飞跨电容：建议选择2x22μF 16V的CFLY1和2x22μF 10V的CFLY2，以确保在开关频率下具有低阻抗，提高充电效率。
• 输出电容：建议使用2x10μF的输出电容，以减小输出电压纹波。
• 其他电容：VIN、PMID、VEXT、BST、PVDD、AVDD、VIO等引脚的旁路电容应选择低ESR、小温度系数的陶瓷电容。

（二）布局指南

• 电容连接：所有旁路电容和飞跨电容应尽可能靠近IC连接，以减小寄生电感和电阻。
• 功率走线：A相和B相之间的所有功率走线应尽可能对称，以确保电流均匀分布。
• 过孔使用：在IC的PMID/VOUT/PGND/C1Px/C1Nx/C2Px/C2Nx引脚附近添加多个过孔，将走线引至内层，以降低阻抗。
• 接地处理：AVDD的AGND不应在顶层直接连接到PGND，应通过过孔连接到内层的干净系统接地平面，确保AGND的连接点不在PGND的电流返回路径上。

六、总结

MAX77928凭借其高效的开关电容转换技术、丰富的保护功能和灵活的系统配置，为1S锂离子电池充电提供了全面、可靠的解决方案。无论是在智能手机、平板电脑还是其他便携式设备中，都能发挥出出色的性能，帮助工程师设计出更高效、更安全的电池充电系统。

在实际应用中，工程师们可以根据具体的设计需求，合理选择工作模式、配置寄存器参数，并遵循布局指南进行PCB设计，以充分发挥MAX77928的优势。你在使用MAX77928的过程中遇到过哪些问题呢？或者你对它的某个特性有更深入的疑问吗？欢迎在评论区留言讨论。