MAX1501：高度集成的便携式应用电池充电器

在电子设备的设计中，电池充电管理是一个关键环节。今天要和大家分享一款来自Maxim Integrated的高度集成的线性电池充电器——MAX1501，它专为便携式应用而设计，具备热调节功能，能为我们的设计带来诸多便利。

文件下载：MAX1501.pdf

一、产品概述

MAX1501是一款智能的恒流恒压（CCCV）、温度调节电池充电器，可对单节锂离子（Li+）电池或三节镍氢/镍镉（NiMH/NiCd）电池进行充电。它集成了电流检测电阻、PMOS传输元件和热调节电路，同时省去了反向阻断肖特基二极管，为手持设备提供了最简单的充电解决方案。

该器件接受4.5V至13V的电源输入，但当输入电压超过6.5V时会禁用充电功能，以防止过度功耗。它的工作温度范围为-40°C至+85°C，并采用了紧凑的16引脚、热增强型5mm x 5mm薄型QFN封装，外形高度仅0.8mm。

二、主要特性

2.1 充电模式灵活

• 支持单节Li+电池的独立充电，以及通过微处理器控制的三节NiMH/NiCd电池充电。
• 无需外部FET、反向阻断二极管或电流检测电阻，简化了电路设计。

2.2 可编程参数丰富

• 可编程的快速充电电流高达1.4A（最大值），满足不同充电需求。
• 提供+95°C、+115°C和+135°C三种可编程的管芯温度调节控制，有效保护芯片。
• 输入电压范围为4.5V至13V，具备输入过压（OVLO）保护（超过6.5V时起作用）。
• 可编程的顶充电流阈值为快速充电电流的10%、20%或30%。

2.3 其他实用特性

• 充电电流监测功能，可用于电量计量。
• 可编程的安全定时器（MAX1501型号，可选3、4.5或6小时）。
• 输入电源检测输出（ACOK）和充电使能输入（CHGEN）。
• 具备自动重新充电功能。
• 数字软启动限制浪涌电流。
• 提供充电状态输出，可用于连接LED或与微处理器接口。

三、电气特性

3.1 输入输出电压

• IN、INP输入电压范围为0至13V，输入工作范围为4.50至6.25V。
• VL输出电压在4.5V ≤ VIN ≤ 6.25V且IVL < 250µA时，范围为2.7至3.3V。

3.2 各种阈值和电流特性

• ACOK跳闸点：VIN - VBATT上升时为40至100mV，下降时为30至85mV，具有15mV的滞回。
• 欠压锁定跳闸点：VIN下降时为3.9至4.1V，过压锁定跳闸点：VIN上升时为6.25至6.75V。
• IN输入电流在不同模式下有所不同，如在Li+、NiMH/NiCd和无电池模式下最大为8mA。
• RMS充电电流最大可达1.4A。

3.3 电池调节电压

• Li+模式下，SELV = VL时为4.166至4.234V，SELV = GND时为4.067至4.133V。
• NiMH/NiCd模式下，SELV = VL且VIN = VINP = 6V时为4.85至5.05V，SELV = GND时为4.4至4.6V。

四、工作模式

4.1 Li+充电模式

将CHGEN和MODE连接到GND，可使MAX1501进入Li+充电模式。此模式下，充电器由电压控制环、电流控制环和热控制环组成。通过连接SELV到GND或VL，可将Li+电池电压分别设置为4.1V或4.2V。

充电开始时，先以用户编程的快速充电电流的10%对Li+电池进行预充电。当电池电压达到2.8V时，采用软启动算法将充电电流逐步提升至快速充电电流。当BATT电压达到所选的调节电压时，进入恒压模式并减小充电电流。

4.2 NiMH/NiCd充电模式

将MODE连接到VL，可使MAX1501进入NiMH/NiCd充电模式。该模式仅使用电流和电压控制环，适用于涓流或基于定时器的充电器。充电开始时，同样以用户编程的充电电流的10%进行预充电，当VBATT超过2.8V时开始快速充电。当VBATT达到4.5V时，进入电压模式并减小充电电流。

4.3 无电池模式

将CHGEN和MODE连接到VL，可使MAX1501进入无电池模式。在此模式下，外部负载可连接到BATT，VBATT将调节至4V，无论SELV的状态如何。电流控制环、电压控制环和热控制环在无电池模式下均正常工作。

五、参数选择与设计注意事项

5.1 充电电流选择

通过在SETI和GND之间连接一个外部电阻来编程充电电流，计算公式为：(R{SETI }=1000 × frac{1.4 V}{I{BATT }})。同时，可通过监测VSETI来测量充电电流，公式为：(V{SETI }=frac{I{BATT }}{1000} × R_{SETI })。

5.2 热调节选择

使用TEMP三电平逻辑输入设置MAX1501的调节管芯温度。将TEMP连接到GND可将管芯温度调节至+95°C，浮空时为+115°C，连接到VL时为+135°C。

5.3 顶充电流选择

使用FULLI三电平逻辑输入设置Li+和NiMH/NiCd充电模式下的顶充电流阈值。将FULLI连接到GND、VL或浮空，可分别将顶充电流阈值设置为快速充电电流的10%、20%或30%。

5.4 充电定时器选择（仅MAX1501）

使用TMAX三电平逻辑输入设置最大充电时间。将TMAX连接到GND、浮空或连接到VL，可分别将最大充电时间设置为3小时、4.5小时或6小时。

5.5 电容选择

• 在BATT和GND之间连接一个10µF的X5R陶瓷电容，以确保稳定性。
• 将IN和INP连接在一起，并通过一个1µF的陶瓷电容旁路到GND。对于高输入电压或高充电电流的情况，可使用更大的输入旁路电容以减少电源噪声。

5.6 热考虑

MAX1501采用了热增强型薄型QFN封装，带有外露散热焊盘。将外露散热焊盘连接到大型铜接地平面，可提供器件与电路板之间的热接触，将热量从器件转移出去，从而在最大化充电电流的同时，最小化管芯温度的升高。

六、应用电路

文档中给出了多种应用电路示例，包括：

• 独立Li+电池充电器：通过连接SETI的2.8kΩ电阻设置充电电流为500mA。
• 基于微处理器的Li+电池充电器：通过驱动CHGEN来控制充电，使用100kΩ上拉电阻从ACOK连接到微处理器的逻辑电源电压，以检测输入电源的存在。
• 独立或基于微处理器的NiMH/NiCd电池充电器：通过连接SELV来设置充电终止电压或调节电压。
• 基于微处理器的单节Li+或三节NiMH/NiCd充电器：通过MODE和CHGEN的状态设置工作模式。
• 带有输入过压保护的精确电流限制低压差线性稳压器（无电池模式）：将MODE连接到VL启用线性稳压器，连接到GND则使器件进入 shutdown状态，RSETI设置最大输出电流。

七、布局和旁路

在电路板布局时，应注意以下几点：

• 将IN和INP尽可能靠近器件连接在一起，并通过1µF陶瓷电容旁路。
• 将BATT通过10µF陶瓷电容旁路到GND。
• 提供大型铜接地平面，使外露散热焊盘能够将热量从器件散发出去。
• 将电池尽可能靠近器件连接到BATT，以提供最准确的电池电压检测。
• 使所有大电流走线短而宽，以最小化电压降。

总的来说，MAX1501是一款功能强大、集成度高的电池充电器，能够满足多种便携式应用的需求。在设计过程中，我们需要根据具体的应用场景，合理选择参数和进行电路板布局，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。