深度解析MP2759A：一款高性能的多節(jié)電池開關(guān)充電器

在電子設(shè)備的電源管理領(lǐng)域，一款優(yōu)秀的充電器對(duì)于保障電池的安全、高效充電至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下MPS公司推出的MP2759A，這是一款高度集成的開關(guān)充電器，專為1至6節(jié)串聯(lián)的鋰離子或鋰聚合物電池組應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

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一、MP2759A的主要特性

1. 寬電壓范圍與高耐壓能力

MP2759A可在最高36V的直流輸入電壓下工作，并且在不開關(guān)時(shí)能夠承受高達(dá)45V的電壓。這種高耐壓能力使得它在多種電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了更廣泛的選擇。

2. 多電池類型支持

該充電器支持多種電池化學(xué)類型，可通過不同的電池調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行配置。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求，通過CELL和VB引腳選擇不同的電池節(jié)數(shù)和調(diào)節(jié)電壓，滿足多樣化的電池充電需求。

3. 充電電流與精度

MP2759A最高可提供3A的充電電流，并且具有0.5%的電池調(diào)節(jié)電壓精度。這意味著它能夠精確地控制充電過程，確保電池充電的安全性和高效性。

4. 輸入電流與電壓限制

具備輸入電流限制和最小輸入電壓限制功能。當(dāng)輸入電流達(dá)到設(shè)定的限制值，或者輸入電壓下降到最小輸入電壓限制時(shí)，充電器會(huì)自動(dòng)降低充電電流，以限制輸入功率，保護(hù)電源和電池。

5. 全面的保護(hù)功能

為了保證安全運(yùn)行，MP2759A集成了多種保護(hù)特性，如電池過壓保護(hù)（OVP）、電池溫度感應(yīng)與保護(hù)、熱關(guān)斷以及充電安全定時(shí)器等。這些保護(hù)功能能夠有效防止電池過充、過熱等問題，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

6. 小巧的封裝

采用QFN - 19（3mmx3mm）封裝，體積小巧，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

二、工作原理與充電過程

1. 電源供應(yīng)

VCC引腳由IN引腳供電，VCC能產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的5V輸出，最小電流限制為30mA。當(dāng)輸入源存在時(shí)，VCC為內(nèi)部偏置電路和功率MOSFET驅(qū)動(dòng)器供電；當(dāng)輸入源缺失，僅電池存在時(shí)，VCC無輸出。當(dāng)VVCC超過內(nèi)部欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，IC退出睡眠模式，準(zhǔn)備開始充電過程。

2. 輸入有效性檢測(cè)

在啟動(dòng)前，IC會(huì)檢查輸入源的電壓。輸入源需滿足 (V{IN }>V{IN _ UVLO }) 且 (V{IN }>V{BATT}+V_{HDRM}) 這兩個(gè)條件。當(dāng)輸入電壓滿足要求后，ACOK引腳拉低，表示輸入電源就緒。經(jīng)過170ms的延遲后，DC/DC轉(zhuǎn)換器啟用。

3. 充電周期

MP2759A提供四個(gè)充電階段：

• 涓流充電：當(dāng)電池電壓低于VBATT_TC（2V/cell）時(shí)，IC以100mA的涓流充電電流對(duì)電池進(jìn)行充電。
• 預(yù)充電：當(dāng)電池電壓超過VBATT_TC但低于VBATT_PRE（3V/cell，對(duì)于3.6V電池調(diào)節(jié)設(shè)置為2.5V/cell）時(shí)，IC以預(yù)充電電流（可通過OTP配置）對(duì)電池進(jìn)行充電，最小預(yù)充電電流被鉗位到100mA。
• 恒流快速充電：當(dāng)電池電壓超過VBATT_PRE時(shí)，IC進(jìn)入恒流快速充電階段。充電電流（ICC）可通過ISET引腳電阻進(jìn)行設(shè)置。
• 恒壓充電：當(dāng)電池電壓達(dá)到充電調(diào)節(jié)電壓（VBATT_REG）時(shí)，充電電流開始下降。當(dāng)充電電流下降到電池終止閾值（ITERM），經(jīng)過去毛刺時(shí)間（tTERM_DGL）后，充電周期完成。如果在充電安全定時(shí)器到期前充電電流未達(dá)到ITERM，則充電周期結(jié)束，并發(fā)出相應(yīng)的超時(shí)故障信號(hào)。

4. 充電終止

終止電流閾值（ITERM）可通過一次性可編程（OTP）存儲(chǔ)器進(jìn)行配置，可設(shè)置為快速充電設(shè)置電流（ICC）的10%或20%，最小終止閾值被鉗位到100mA。當(dāng)滿足充電電流低于終止閾值持續(xù)去毛刺時(shí)間、IC處于恒壓充電模式且IC不在輸入電流或輸入電壓環(huán)路操作這三個(gè)條件時(shí)，充電終止。

5. 自動(dòng)再充電

當(dāng)電池充電周期完成后，充電器停止工作。在此期間，外部負(fù)載可能消耗電池電量，或者電池可能自放電。當(dāng)電池電壓低于自動(dòng)再充電閾值且輸入電源存在時(shí)，新的充電周期自動(dòng)開始，充電安全定時(shí)器重置。

三、關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

1. 電池節(jié)數(shù)選擇

2. 電池調(diào)節(jié)電壓設(shè)置

3. 充電電流設(shè)置

MP2759A通過檢測(cè)外部檢測(cè)電阻上的電壓降來調(diào)節(jié)充電電流。通常推薦使用20mΩ的檢測(cè)電阻，此時(shí)充電電流（ICC）可通過ISET和AGND引腳之間的電阻（RISET）進(jìn)行設(shè)置，計(jì)算公式為： [I{C C}(A)=frac{96(k Omega) × 20(m Omega)}{R{ISET }(k Omega) × R_{SNS}(m Omega)}(A)]

4. 輸入電流與電壓限制設(shè)置

• 輸入電流限制：通過ILIM引腳連接一個(gè)電阻（RILIM）到AGND來設(shè)置輸入電流限制（IINLIM），計(jì)算公式為： [I{INLIM }(A)=frac{80(k Omega)}{R{ILIM }(k Omega)}(A)]
• 輸入電壓限制：VLIM引腳的電壓是輸入電壓調(diào)節(jié)環(huán)路的反饋輸入。當(dāng)VLIM引腳電壓下降到1.2V時(shí)，充電電流會(huì)降低以防止輸入源過載。輸入電壓可通過連接在IN引腳和AGND之間的電阻分壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的輸入電壓計(jì)算公式為： [V_{IN_MINREF }=V{INMIN } × frac{R{1}}{R{1}+R{2}}(V)] 當(dāng)VLIM引腳電壓被拉低到0.8V以下時(shí)，充電器被禁用。

四、應(yīng)用信息與組件選擇

1. 電感選擇

選擇在最壞負(fù)載條件下不會(huì)飽和的電感。所需電感值可通過以下公式估算： [L=frac{V{IN }-V{BATT }}{Delta I{L{-} MAX }} × frac{V{BATT }}{V{IN } × f{SW }}] 其中，(VIN) 是輸入電壓，VBATT是電池電壓，fSW是開關(guān)頻率，(Delta I{L underline MAX }) 是最大峰 - 峰電感電流，通常設(shè)置為CC充電電流的30%至40%。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，推薦使用10μH、飽和電流為5A的電感。

2. 電容選擇

• PMID電容：PMID電容（CPMID）作為降壓調(diào)節(jié)器的去耦電容，推薦使用2.2μF/50V、具有X5R或X7R電介質(zhì)、1206尺寸的陶瓷電容。不要在PMID引腳添加額外的電容，并從IN到PMID連接一個(gè)2A/40V的肖特基二極管。
• IN電容：對(duì)于輸入電壓 ≤20V的應(yīng)用，推薦使用1μF/50V、0805或1206封裝的陶瓷電容；對(duì)于輸入電壓 >20V的應(yīng)用，尤其是存在輸入熱插拔情況的應(yīng)用，需要在IN引腳添加一個(gè) ≥47μF的電解電容。
• BATT電容：MP2759A需要一個(gè) ≥10μF的電容來穩(wěn)定BATT節(jié)點(diǎn)的環(huán)路。對(duì)于5節(jié)或6節(jié)電池的應(yīng)用，可能需要添加一個(gè)47μF/50V的電解電容或TVS二極管來抑制過沖。

3. 其他組件選擇

• NTC功能設(shè)置：支持JEITA配置文件進(jìn)行電池溫度管理。NTC熱敏電阻應(yīng)連接在NTC引腳和地之間，并且在VCC和NTC引腳之間放置一個(gè)上拉電阻（(R_{H}) ），推薦上拉電阻值等于25°C時(shí)熱敏電阻的阻值。
• 電流檢測(cè)電阻選擇：MP2759A通過檢測(cè)電流檢測(cè)電阻上的電壓降來獲取電池充電電流的反饋信息。默認(rèn)配置為20mΩ的電阻，對(duì)于較小功率的應(yīng)用，可以適當(dāng)增大電流檢測(cè)電阻以提高調(diào)節(jié)精度。

4. PCB布局指南

PCB布局對(duì)于滿足指定的噪聲、效率和穩(wěn)定性要求至關(guān)重要。以下是一些布局建議：

• 將PMID電容盡可能靠近PMID和PGND引腳，使用短的銅平面連接。
• 將PMID電容放置在與IC同一層。
• 最小化PMID電容和降壓轉(zhuǎn)換器功率MOSFET之間的高頻電流路徑環(huán)路。
• 選擇尺寸為1206或1210的PMID電容，并將SW跡線路由在PMID電容下方。
• 最小化電感輸入端子跡線的銅面積，以減少電場(chǎng)和磁場(chǎng)輻射，但要確保跡線足夠?qū)捯猿休d充電電流。
• 將AGND引腳連接到電池電容的地或PCB地。
• 將IC的電源引腳連接到盡可能多的銅平面，以將熱量從IC傳導(dǎo)出去。
• 確保過孔的數(shù)量和物理尺寸足以滿足電流路徑的要求。

五、總結(jié)

MP2759A是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的多節(jié)電池開關(guān)充電器。它具有寬電壓范圍、多電池類型支持、高精度充電控制以及全面的保護(hù)功能等特點(diǎn)，適用于工業(yè)醫(yī)療設(shè)備、電動(dòng)工具、機(jī)器人和便攜式吸塵器、無線揚(yáng)聲器等多種應(yīng)用場(chǎng)景。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，并注意組件選擇和PCB布局，以充分發(fā)揮MP2759A的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用MP2759A的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。