MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B：高性能充电器的设计与应用

作为电子工程师，在设计充电电路时，常常需要在性能、成本和尺寸之间找到平衡。今天要介绍的MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B这三款高频率多化学电池充电器，正是解决这些问题的理想选择。

文件下载：MAX17015B.pdf

一、产品概述

MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B采用了新型高频电流模式架构，显著减小了组件尺寸和成本。它使用了带有n沟道同步整流器的高端MOSFET，充电电压、充电电流和输入电流限制均可广泛调节，能够轻松构建高精度、高效率的充电器。

充电能力

• MAX17005B可对三或四节Li + 串联电池进行充电。
• MAX17006B可对二或三节Li + 串联电池进行充电。
• MAX17015B可通过输出端的反馈电阻分压器调整充电电压设置和电池节数。所有型号的充电器在使用10mΩ检测电阻时，都能提供至少4A的充电电流。

独特特性

• 内置高精度电流感测放大器，能实现逐周期电流模式控制，有效保护电池免受过短路影响，并能快速响应系统负载瞬变。
• 提供与适配器电流成比例的高精度模拟输出，在MAX17015B中，即使适配器断开，该电流监测功能仍可监测电池放电电流。

封装形式

这三款充电器采用了小巧的4mm x 4mm x 0.8mm 20引脚无铅TQFN封装，还提供评估套件，有助于缩短设计时间。

二、产品特性解析

高频优势

• 开关频率高达1.2MHz，采用受控电感电流纹波架构，可降低材料清单成本，减小电感和输出电容的尺寸。
• 充电电压精度可达±0.4%，输入电流限制精度为±2.5%，充电电流精度为±3%，单点补偿设计使电路更加稳定。

参数可调

• 充电电流设置既可以通过模拟控制输入，也可以通过PWM输入进行调节。
• 电池电压可针对不同节数的电池进行调节，如MAX17005B适用于3和4节电池，MAX17006B适用于2和3节电池，每节电池的电压调节范围为4.2V至4.4V。

多重保护

• 具备逐周期电流限制和电池短路保护功能，能有效保护电池和充电器。
• 对脉冲充电和系统负载瞬变响应迅速，可编程充电电流小于5A。

自动电源选择

利用n沟道MOSFET实现自动系统电源选择，当适配器插入时，优先使用适配器供电；适配器断开时，自动切换到电池供电。 内部集成升压二极管，输入电压范围为+ 8V至+ 26V。

三、电气特性分析

充电电压调节

不同型号和电池节数下，充电电压具有高精度的调节能力。例如，MAX17006B在2节电池、VCTL = VAGND条件下，电池调节电压精度可达8.3664 - 8.4336V。通过调节VCTL输入，可以精确控制电池输出电压和电池节数。

充电电流调节

ISET引脚可接受模拟或数字输入，设置充电电流。模拟输入时，CSIP和CSIN之间的满量程差分电压为80mV；数字PWM输入时，为60mV。可根据公式 [CHG=frac{240 mV}{RS 2} × frac{V{ISET}}{V{AA}}] 来配置充电电流。

输入电流限制

当输入电流超过设定的限制时，控制器会降低充电电流，优先保障系统负载电流。可通过选择合适的电流检测电阻RS1来设置输入电流限制，公式为 [INPUTLIMIT =frac{60 mV}{RS 1} timesleft(1+frac{R{B}}{R_{A}}right)] 。

其他特性

还具有AC适配器检测、LDO稳压器和VAA参考电压输出等功能。LDO稳压器可提供5.4V电源，输出负载电流超过40mA；VAA为4.2V参考电压，为多数控制电路提供偏置。

四、设计要点

充电电压设置

根据不同的应用需求，选择合适的型号和VCTL输入电平来设置电池节数和电压。例如，对于3节电池的MAX17005B应用，2.4V < VCTL < 4.2V 。具体的充电电压计算公式可参考文档中的相关公式。

充电电流设置

ISET引脚是设置充电电流的关键。可根据应用选择模拟或PWM输入方式，并根据公式配置充电电流。同时，要选择合适的电流检测电阻RS2，以确保其能够承受满充电电流。

输入电流限制设置

根据AC适配器的电流能力和输入电流限制的公差来设置输入电流限制。选择合适的电流检测电阻RS1，并可通过电阻分压器进行微调。

自动电源选择设计

利用外部电荷泵驱动n沟道适配器选择开关，实现自动电源切换。在设计中，要注意选择合适的二极管，确保开关的正常工作。

电流监测设计

可使用IINP引脚监测系统输入电流或电池放电电流。在MAX17015B中，适配器断开时，将ISET驱动高于2.4V可启用IINP监测电池放电电流。

补偿设计

充电电压、充电电流和输入电流限制调节环路分别进行补偿。充电电流和输入电流限制环路内部补偿，充电电压环路在CC引脚外部补偿，连接一个0.01µF的电容器。

五、元件选择

MOSFET选择

根据最大所需充电电流选择合适的n沟道MOSFET。要考虑MOSFET在不同工作条件下的功率损耗，包括导通损耗、开关损耗、输出电容损耗和反向恢复电荷损耗等，并通过公式进行估算。

电感器选择

电感器的选择需要在效率、瞬态响应、尺寸和成本之间进行权衡。可根据公式 [L=frac{k × V{I N}^{2}}{4 × I{C H G} × L I R_{M A X}}] 选择合适的电感值，同时要确保其饱和电流额定值满足要求。

输入输出电容选择

输入电容要满足纹波电流要求，优先选择非钽电容；输出电容要吸收电感纹波电流，并能承受电池插入时的浪涌电流，可根据公式 [C{OUT }=frac{ RIPPLE }{f{SW} × 8 × Delta V{CSIN }} × k{CAP-BIAS}] 选择合适的电容值。

六、PCB布局要点

良好的PCB布局对于实现指定的抗噪性、效率和稳定性能至关重要。

高功率连接

优先放置高功率连接，使它们的接地相邻。尽量减小电流检测电阻和高电流路径中的接地和其他走线长度，使用宽度大于5mm的走线。

信号组件布局

将IC和信号组件放置在合适的位置，使主开关节点（LX节点）远离敏感的模拟组件。IC与电流检测电阻的距离应不超过10mm。

栅极驱动走线

栅极驱动走线（DHI和DLO）应尽可能短（L < 20mm），并远离电流检测线和VAA，走线宽度应大于1.25mm。

旁路电容放置

将陶瓷旁路电容靠近IC放置，大容量电容可放置得远一些。将电流检测输入滤波电容放置在器件下方，直接连接到GND引脚。

单点接地

采用单点星形接地，将功率地（接地平面）和安静接地岛在PGND引脚处连接。

七、总结

MAX17005B/MAX17006B/MAX17015B是三款性能卓越的电池充电器，具有高频、高精度、多功能等特点。通过合理的设计和元件选择，以及优化的PCB布局，能够在各种应用中实现高效、稳定的充电功能。作为电子工程师，在设计充电电路时，可以充分考虑这三款充电器的优势，为产品的性能提升和成本控制提供有力支持。

你在实际使用中是否遇到过类似充电器设计的难题？对于这些设计要点，你有什么不同的见解或经验分享吗？欢迎在评论区留言讨论。