基于MAX846A的锂离子电池充电器(图)

引言
　　便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代，其中锂离子电池以高能量密度、高内阻、高电池电压、高循环次数、低自放电率等特性脱颖而出，迅速地成为市场的主流。

　　虽然锂离子电池有以上种种优点和良好的市场前景，但它对充电电路的要求比较高，在使用过程中要避免出现过充电和过放电的现象。锂离子电池的充电过程如图1所示，在一个充电周期内，锂电池在充电开始之前需要检测电池的电压和温度，判断是否可充电，如果电池电压或温度超出允许范围，则禁止充电。每节电池的允许充电电压为2.5～4.2V，温度为2.5～50℃。在电池处于深放电的情况下，必须要求充电器具有预充过程，使电池满足快速充电的条件，然后根据电池厂商推荐的快速充电速度对电池进行恒流充电，电池电压缓慢上升；一旦电池电压达到所设定的终止电压(一般为4.1V或4.2V)，恒流充电终止，充电电流快速衰减，充电进入满充过程；在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到满充时间超时，转入顶端截止充电；顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量；顶端截止充电一段时间后，关闭充电。

MAX846A介绍
　　MAXIM公司的MAX846A是一种低成本、多功能的电池充电控制器，采用16脚的QSOP封装，可为锂电池、镍氢、镍镉电池进行充电。MAX846A的引脚排列见图2，主要引脚功能如下。

　　DCIN：外部直流电源输入端，3.7～20V。
　　VL：3.3V、20mA、1%线性调节器输出端。
　　CCI：电流调节环补偿端。
　　CCV：电压调节环补偿端。
　　VSET：悬浮电压参考调整输入端。
　　ISET：电流设置输入及监控端。
　　OFFV：电压调节环禁止端。
　　CELL2：编程充电电源数目端。
　　BATT：电池输入端。
　　CS+：电流源放大器高压输入端。
　　CS-：电流源放大器低压输入端。
　　DRV：外接三极管基准/门控输出端。

MAX846A的结构
　　MAX846A由3.3V高精度、低压差线性稳压电源，高精度电压基准和电压/电流调节器三部分构成。
　　线性稳压电源的输出电压VL是基准电压的2倍，可为外部负载提供20mA的电流，并具有短路保护功能，PWROK(Power-OK)为微控制器提供复位信号并抑制充电电流。
　　高精度电压基准源可为锂离子电池提供精确的浮充电压，它与一个精度为2%的20kΩ电阻相连接，使浮充电压可通过一外部电阻设置。应具有1%的精度，因为它直接影响浮充电压的精度，而浮充电压的精度对锂离子电池的寿命及容量起决定作用。

　　电压/电流调节器由高精度衰减器、电压环路、电流环路、电流检测放大器组成。衰减器可通过引脚设置使电压稳定为一节锂电池电压或两节锂电池电压(对应电压为4.2V或8.4V)。电流检测放大器检测电池的高端电流，它实际上是一个跨导放大器，可将外部限流电阻RCS上的电压转换成电流，并将此电流作用于外部负载电阻RISET，通过改变RCS与RISET可以调节充电电流，也可通过改变RISET的低端电压或增大/减小ISET端的电流进行调整。电压和电流环路分别由连接在CCV和CCI端的外部电容进行补偿校正，两个环路的输出通过逻辑“或”后，驱动一只漏极开路的内置N沟道MOS场效应管构成的有源负载，外部P沟道MOS场效应管或PNP晶体管调整元件连同其他元件构成完整的回路。

锂离子电池充电器
　　MAX846A最典型的应用就是作为一个独立的限压电流源为锂离子电池充电，因为其内部有一个精度为0.5%的基准源，可以保证锂离子电池充电电压精度的要求。独立的电压、电流调节回路控制外部PNP晶体管(或P沟道MOSFET)，简化了充电器的设计。

　　图3所示电路为MAX846A锂离子电池充电器，外围元件及引脚按以下方式设置。
　　● 设置电池节数：CELL2接地为一节电池充电，CELL2接地为两节电池充电。
　　● 设置浮充电压：若VSET悬空，浮充电压为每节电池4.2V；在VSET与地之间接入一精度为1%的电阻，可调低浮充电压。设所需的浮充电压为VF，调整电阻按下式选择：

　　式中VX=GND或VL。图3中，RISET=400kΩ，与内部20kΩ电阻构成分压器，可调节范围为±5%。
　　● 电流调节环路将ISET端的电压保持在1.65V，选择电阻以满足电流检测放大器输入端所需要的反馈电压。RCS与RISET按下式选择，VCS推荐值为165mV。
　　RCS = VCS/IBATT (kΩ) (2)
　　RISET = 1.65/VCS (kΩ) (3)
　　● 电池电压设置完成前应将ON与PWROK连接起来，防止漏电。
　　● 为降低外部晶体管功耗，应尽可能降低电源电压，或引入反馈回路，使电源电压跟随电池电压变化。

稳定性讨论
　　电压环路、电流环路的主极点可由连接在电容补偿端(CCV、CCI)的补偿电容设置。电池阻抗为250kΩ时，电流环路的直流增益约为50dB，电压环路的直流增益约为33dB。CCI输出电阻(50kΩ)和CCI端的电容决定了电流环路的主极点，图3电路中的推荐值为0.01μF，主极点值为300Hz。外部PNP管产生高频极点，该极点值通常为几百千赫，随PNP管型号的不同而不同，为避免因高阻基极驱动而引起自激，在PNP管的基极与发射极之间连接一只10nF的电容。

　　同样，CCV输出电阻(150kΩ)及CCV端的电容决定了电压环路的主极点，图3电路的推荐值为0.01μF，主极点值为200Hz。

　　电池阻抗直接影响电压环路的直流及高频增益，直流增益与电池内阻成正比，电池的交流阻抗及其连接电路引入的高频零点将直接影响高频性能，在靠近电池处并联一只4.7μF的电容，可降低其对阻抗的影响。

结束语
　　本文介绍了一种采用MAX846A充电控制芯片设计的简单实用的锂离子电池充电器，最后对电路的特性及充电参数的设置进行了分析。