高效单节锂离子脉冲充电器MAX1879的全面解析

引言

在便携式设备的设计中，电池充电管理是至关重要的一环。一款高效、安全且简单的充电器能够显著提升设备的性能和用户体验。今天，我们就来深入了解一下Maxim推出的单节锂离子（Li+）电池充电器MAX1879。

文件下载：MAX1879.pdf

一、产品概述

MAX1879采用高效的脉冲充电架构，将开关模式充电器的效率与线性充电器的简单性和低成本相结合。它只需搭配一个限流墙式适配器和一个PMOS晶体管，就能实现单节Li+电池的安全快速充电。该产品有以下显著特点：

1. 简单设计，减少发热：整体设计简洁，有效降低了功率损耗和发热问题。
2. 低元件数量，无需电感：减少了电路板空间和成本。
3. 电池充满指示：通过CHG引脚可以方便地指示电池的充电状态。
4. 高精度电池调节：整体系统精度达到0.75%，能充分利用电池容量，且不影响电池循环寿命。
5. 多种安全保护：具备连续电压和温度监测、预设充电超时、预充电电流模式等功能，保障充电安全。
6. 低电池电流消耗：当墙式适配器移除时，电池电流消耗最大仅为1.5µA。
7. 自动重启充电：当电池电压降至4.0V时，自动重启充电。
8. 引脚兼容升级：可作为MAX1679的引脚兼容升级产品。

二、产品规格

1. 绝对最大额定值

• 电压范围：不同引脚的电压范围有所不同，如IN、CHG、GATE到GND为 -0.3V 至 +26V；BATT、TSEL、THERM、ADJ到GND为 -0.3V 至 +6V等。
• 功耗：在TA = +70°C时，8引脚µMAX封装的连续功率耗散为330mW，高于 +70°C时需按4.1mW/°C降额。
• 温度范围：工作温度范围为 -40°C 至 +85°C，存储温度范围为 -65°C 至 +150°C，焊接时引脚温度10s内可达 +300°C。

2. 电气特性

在不同条件下，MAX1879的各项电气参数表现稳定。例如，输入电压范围在外部PMOS FET关闭时为4.4 - 22V；预充电源电流在VBATT = 2V时为5 - 12mA；电池调节电压范围为4.0 - 4.2V等。具体参数可参考文档中的详细表格。

三、引脚配置与功能

1. 引脚描述

引脚	名称	功能
1	IN	来自限流电压源的输入电压（最大 +22V），需用0.1µF电容旁路到GND。
2	GATE	外部PMOS通断元件的栅极驱动，PMOS器件的VGS阈值应小于2.5V。
3	CHG	充电状态指示，低电平表示正在充电，高电平表示电池充电至约95%容量。可直接驱动LED，也可通过上拉电阻产生逻辑电平信号。
4	TSEL	最小开/关脉冲宽度选择。
5	ADJ	电池调节电压调整，需用1000pF电容旁路到GND，通过连接电阻到GND可降低标称 +4.200V的调节设定点。
6	GND	接地，需注意系统接地布局，电池负极应连接到GND。
7	THERM	热敏电阻温度传感器输入，连接10kΩ NTC热敏电阻可进行温度预判定，若不需要温度传感，可替换为10kΩ电阻。
8	BATT	电池电压监测输入、预充电电流输出和MAX1879电源，需用电容旁路到地（每安培充电电流1.5µF）。

2. 典型工作电路

典型工作电路包括限流交流墙式适配器、LED、PMOS FET、热敏电阻等元件。通过合理连接这些元件，可实现MAX1879的正常工作。

四、充电过程详解

1. 启动充电循环

MAX1879可通过插入电池、接入外部电源或切换THERM引脚来启动快速充电。在充电开始前，会验证电池条件是否在安全范围内，包括电池电压大于2.5V且小于调节电压（默认4.2V），以及电池温度在 +2.5°C 至 +47.5°C 之间。若电池电压低于2.5V，会先以8mA进行预充电，待电池电压达到2.5V且满足安全条件后，开始快速充电。

2. 快速充电

当电池条件满足要求时，MAX1879通过拉低GATE引脚，开启外部PMOS FET，实现快速充电。充电电流由外部电源的电流限制决定，PMOS FET仅作为开关，减少了功率损耗。采用滞回算法，通过采样电池电压来控制PMOS FET的开关，消除了因充电电流流经电池保护开关或熔丝链路的串联电阻而产生的电池电压传感误差。当开/关占空比降至1/8时，CHG LED熄灭，表示电池充电至约95%容量。

3. 脉冲顶部充电

在顶部充电阶段，电流开始时以1/8的占空比开启，随着充电进行，“电流开启”模式的时间百分比逐渐减少。最终，在单个“开启”脉冲之间，电流会关闭多个周期。尽管瞬时电池电压可能超过电池调节电压，但由于脉冲持续时间远小于锂离子电池的固有化学时间常数，不会对电池造成损害。当充电定时器到期（约6.25小时）时，顶部充电完成。

4. 充电状态指示

CHG引脚可通过连接LED或上拉电阻来指示电池的充电状态。具体状态与LED状态的对应关系如下：	条件	CHG（LED）
无电池、无充电器或电池电压 < 2.2V	高阻抗（LED熄灭）
快速充电进行中	低电平（LED点亮）
顶部充电：开/关占空比 < 1/8	高阻抗（LED熄灭）
充电完成	高阻抗（LED熄灭）
温度故障	LED以2Hz闪烁
预判定（2.2V < VBATT < 2.5V）	LED以2Hz闪烁

五、应用信息

1. 应用电路

MAX1879的应用电路非常简单，仅需一个限流墙式适配器、一个PMOS FET、两个小电容和一个10kΩ热敏电阻/电阻。还可根据需要添加LED作为充电状态指示器、电阻（RADJ）来调整最大充电电压，以及反向电流保护二极管。

2. 电池调节电压调整

通过在ADJ和GND之间连接一个电阻，可以简单地降低电池的最大目标电压。计算公式为：[R{ADJ}=frac{10kΩ}{frac{V{BR}}{V_{BR'}} - 1}]，其中VBR为默认电池调节电压（4.2V），VBR'为调整后的电压。使用1%公差的电阻在ADJ端只会使系统精度降低百分之几。

3. 最小导通时间选择

通过连接TSEL引脚，可以选择最小脉冲导通时间。短脉冲时间可减少电池电压过冲，防止电池组过压保护电路过早启动；长最小导通时间适用于具有高开启过冲的交流适配器，以便在脉冲结束前使充电电流稳定。具体设置如下：	TSEL连接	顶部充电时的最小导通时间（ms）
BATT	34
ADJ	69
GND	137

4. 外部元件选择

• 电源：选择具有电流限制的电源，通常为输出电压约5V或6V的小型“墙式适配器”开关转换器。
• PMOS开关：选择PMOS FET时，需考虑最小漏源击穿电压、最小开启阈值电压（VGS）、电流处理和功率耗散等规格。最小击穿电压（BVDS）应至少比墙式适配器的开路电压高25%。
• 热敏电阻：THERM引脚用于通过外部热敏电阻抑制在电池过冷或过热时的快速充电。热敏电阻应在 +25°C 时为10kΩ，具有负温度系数（NTC）。若不需要温度判定，可将热敏电阻替换为10kΩ电阻。
• 旁路电容：ADJ引脚需用2000pF陶瓷电容旁路，BATT引脚需用每安培充电电流至少1.5µF的电容旁路。在电池可移除的应用中，应避免使用超过100µF的电容，且总电容中至少0.47µF应为低ESR陶瓷电容。

5. 布局指南

MAX1879对布局的噪声敏感度较低，由于在高电流脉冲期间和之间都对电池电压进行传感，系统对接地压降不敏感。但建议建立良好的接地区域和大尺寸的高电流路径走线。

六、总结

MAX1879是一款功能强大、设计简单的单节锂离子脉冲充电器，具有高效、安全、高精度等优点。通过合理选择外部元件和优化布局，能够满足各种便携式设备的充电需求。在实际设计中，电子工程师可以根据具体应用场景，灵活运用MAX1879的各项功能，实现可靠的电池充电管理。大家在使用MAX1879的过程中，有没有遇到过什么问题呢？欢迎在评论区分享交流。