MAX1873：简单限流开关模式锂离子充电器控制器的深度剖析

在电子设备的设计中，电池充电管理是至关重要的一环。而MAX1873R/S/T作为一款低成本的锂离子充电器控制器，为2 - 4节锂离子电池的充电提供了简单高效的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

MAX1873R/S/T能够以高达4A或更高的电流，简单高效地为2、3或4节串联的锂离子电池充电。它在电池端子处提供调节后的充电电流和电压，总电压误差小于±0.75%。通过外部P沟道MOSFET以降压DC - DC配置工作，能在低成本设计中实现高效电池充电。此外，它还具备为镍基电池充电的能力，并且有模拟输出用于监控充电电流。同时，该器件还提供了评估套件（MAX1873EVKIT），可帮助加快设计进程。

二、产品特性

（一）充电功能强大

既可以为2 - 4节串联的锂离子电池充电，也能为镍基电池充电，满足了多化学体系充电器的设计需求。

（二）高精度控制

通过两个控制回路协同工作，能在电压和电流调节之间平稳过渡，精确调节电池电压和充电电流。同时，额外的控制回路可限制从输入源汲取的电流，有助于减小AC适配器的尺寸和成本。

（三）性能指标优越

• 电池调节电压精度达到±0.75%，确保电池充电的安全性和稳定性。
• 关机时电池电流仅为5μA，可有效减少电池自放电。
• 输入电压最高可达28V，能适应多种电源输入。
• 200mV的压差电压和100%的占空比，保证了充电效率。
• 300kHz的PWM振荡器可降低噪声。

  （四）封装与设计优势

  采用节省空间的16引脚QSOP封装，并且有评估套件可供使用，能有效缩短设计时间。

三、产品选型

（一）不同型号的温度范围与封装

MAX1873REEE、MAX1873SEEE和MAX1873TEEE的温度范围均为 - 40°C至 + 85°C，封装均为16引脚QSOP。

（二）适用的电池类型

PART	SERIES CELLS TO CHARGE
MAX1873REEE	2 - Cell Li+ or 5 - or 6 - cell Ni Battery
MAX1873SEEE	3 - Cell Li+ or 7 - or 9 - cell Ni Battery
MAX1873TEEE	4 - Cell Li+ 10 - cell Ni Battery Packs

工程师们在选型时，需要根据实际的电池类型和数量来选择合适的型号。

四、电气特性

（一）输入电源与参考

• DCIN输入电压范围为6V至28V，能适应多种电源输入。
• DCIN静态电源电流在不同条件下有不同的取值范围，如在6.0V < VDCIN < 28V时，典型值为4mA，最大值为7mA。
• REF输出电压在特定负载下为4.2V，且具有良好的线路和负载调节特性。

  （二）开关调节器

• PWM振荡器频率为270kHz至330kHz，能有效降低噪声。
• EXT驱动源导通电阻和灌电流导通电阻在一定范围内，确保了MOSFET的正常驱动。

  （三）电池相关特性

• 不同版本的MAX1873在电池过压截止阈值、电池调节电压和电池欠压阈值等方面有不同的参数，以适应不同节数的锂离子电池。例如，MAX1873R（2节锂离子电池）的电池调节电压在不同VADJ设置下有不同的值。

  （四）电流检测

• CSB到BATT的电池电流检测电压和CSSP到CSSN的电流检测电压在一定范围内，可用于精确监测充电电流。

  （五）控制输入/输出

• ICHG/EN输入阈值包含50mV的滞后，可防止误触发。
• IOUT电压与CSB - BATT电压成正比，可用于监测充电电流。

五、典型工作特性

通过一系列的图表，如IOUT电压与CSB - BATT电压的关系、电池电压与充电电流的关系、电池调节电压与VADJ电压的关系等，可以直观地了解MAX1873在不同工作条件下的性能表现。这些特性曲线对于工程师在实际设计中进行参数调整和性能优化具有重要的参考价值。

六、引脚描述

MAX1873的每个引脚都有其特定的功能，以下是一些关键引脚的介绍：

（一）CSSN和CSSP

用于输入源电流检测，通过连接电流检测电阻可限制从输入源汲取的总电流。

（二）ICHG/EN

用于调整电池充电电流或关闭充电功能。当连接到REF时，可实现满量程充电电流；拉低该引脚可关闭充电并降低电源电流。

（三）IOUT

充电电流监测输出，输出的模拟电压与充电电流成正比，可方便地进行充电状态监测。

（四）VADJ

用于调整电池调节电压，通过设置VADJ电压可实现不同的电池调节电压。

（五）REF

输出4.2V的参考电压，需要通过1μF的陶瓷电容旁路到地。

七、详细工作原理

（一）电压调节器

锂离子电池充电时需要高精度的电压限制。MAX1873的电池调节电压标称值为每节4.2V，可通过设置VADJ电压在REF和地之间调整±5.25%。内部误差放大器可将电压调节在±0.75%以内，并且在CCV引脚进行补偿，以实现最佳的调节效果。

（二）充电电流调节器

通过连接在BATT和CSB之间的电流检测电阻（RCSB）来检测充电电流，同时ICHG/EN引脚的电压也可调节充电电流。充电电流误差放大器在CCI引脚进行补偿，以确保充电电流的稳定。

（三）输入电流调节器

当输入电流达到设定的输入电流限制时，通过降低充电电流来限制源电流。输入电流通过连接在CSSP和CSSN之间的外部检测电阻（RCSS）进行测量，输入电流误差放大器在CCS引脚进行补偿。

（四）PWM控制器

以恒定的300kHz驱动外部MOSFET，调节充电电流和电压，同时保持低噪声。它接受来自CCI、CCV和CCS误差放大器的输入，取三者中的最低信号来驱动PWM控制器。

（五）关机与欠压保护

当ICHG/EN引脚被拉低（低于0.5V）或DCIN电压低于BATT电压时，MAX1873停止充电并进入关机状态，可减少电池消耗。当DCIN电压低于BATT + 50mV时，充电器关闭，防止电池在输入源不足时放电。

（六）充电电流监测输出

IOUT引脚输出与实际充电电流成正比的模拟电压，可配合微控制器进行电量计量、充电百分比指示或剩余充电时间估算。

八、设计步骤

（一）设置电池调节电压

对于锂离子电池，通过VADJ引脚设置每节电池的调节电压限制。使用从REF到地的电阻分压器来设置VADJ电压，对于每节4.2V的电池电压，可使用相等阻值（标称100kΩ）的电阻。

（二）设置充电电流限制

充电电流由连接在CSB和BATT之间的电流检测电阻RCSB检测，并且也可通过ICHG/EN引脚的电压进行调整。当ICHG/EN连接到REF时，充电电流为ICHG = 0.2V / RCSB。

（三）设置输入电流限制

输入源电流限制由连接在CSSP和CSSN之间的输入电流检测电阻RCSS设置，源电流方程为IIN = 0.1V / RCSS，通常将该限制设置为输入电源或AC适配器的额定电流。

（四）电感选择

选择电感时，应使纹波电流约为直流平均充电电流的30% - 50%。可根据相关公式计算电感值和峰值电感电流，例如在特定条件下，计算得到合适的电感值。

（五）MOSFET选择

MAX1873使用P沟道功率MOSFET开关，选择时需要考虑其漏源导通电阻（RDS(ON)）和栅极电荷等特性，以满足充电电路的效率或功率损耗要求。可通过计算MOSFET的工作占空比和功率损耗来选择合适的MOSFET。

（六）二极管选择

需要连接一个肖特基整流器，其电流额定值至少为充电电流限制，电压额定值应超过最大预期输入电压。

（七）电容选择

• 输入电容需要能够处理输入RMS电流，以防止开关电流在源中循环。
• 输出滤波电容用于吸收电感纹波电流，其电容值和ESR额定值对于滤波效果和PWM电路的稳定性至关重要。

  （八）补偿组件

  输入电流限制、充电电流限制和充电电压限制三个调节回路分别在CCS、CCI和CCV引脚进行补偿。通常在CCI和CCS引脚连接47nF的电容到地来补偿电流回路，在CCV引脚连接电容与串联电阻 - 电容并联到地来补偿电压调节回路。

九、应用信息

（一）VL、VH和REF旁路

MAX1873使用两个内部线性稳压器为内部电路供电，VL和VH分别为内部控制电路和MOSFET栅极驱动器供电。需要在VL到地连接2.2μF的旁路电容、VH到DCIN连接0.22μF的电容以及REF到地连接1μF的旁路电容，以确保电路的稳定性。

（二）充电镍氢和镍镉电池

MAX1873可用于多化学体系充电器。当为镍氢或镍镉电池充电时，通过1.5kΩ的电阻将CCV引脚拉高（到VL），可禁用电压控制回路，避免锂离子电池调节电压设置对充电的干扰。但电池欠压保护功能仍然有效，当VBATT低于电气特性表中规定的水平时，充电电流会降低。不过，该器件本身不包含镍电池的充电终止算法，需要单独的微控制器或镍电池充电控制器来指示终止充电。

综上所述，MAX1873是一款功能强大、性能优越的锂离子充电器控制器，在笔记本电脑、便携式互联网平板电脑、手持仪器等设备的电池充电管理中具有广泛的应用前景。工程师们在设计过程中，需要根据具体的应用需求，合理选择器件型号，正确设置各项参数，精心选择外围元件，以实现最佳的充电效果。你在使用MAX1873进行设计时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。