MAX14720/MAX14750：空間受限電池供電應用的理想電源管理方案

一、引言

在當今電子設備小型化與低功耗的發(fā)展趨勢下，電池供電的便攜式設備對電源管理方案提出了更高要求。Analog Devices推出的MAX14720/MAX14750電源管理解決方案，專為空間受限、對尺寸和效率要求苛刻的應用而設計，在可穿戴醫(yī)療設備、可穿戴健身設備以及便攜式醫(yī)療設備等領(lǐng)域具有廣闊應用前景。

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二、產(chǎn)品概述

（一）整體功能

MAX14720/MAX14750是高度集成的電源管理解決方案，集成了電源開關(guān)、線性調(diào)節(jié)器、降壓調(diào)節(jié)器和升降壓調(diào)節(jié)器，能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的電源輸出。

（二）器件差異

• MAX14720：作為主要電源管理器件，適用于不可充電電池（如紐扣電池、雙堿性電池）應用，或電池可拆卸且單獨充電的可充電解決方案。它包含按鈕監(jiān)視器和定序器。
• MAX14750：在可充電應用中作為充電器或電源管理集成電路（PMIC）的配套器件。它提供每個功能的直接引腳控制，在控制定序方面具有更大靈活性。

三、產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

（一）延長系統(tǒng)電池使用時間

1. 微IQ 250mW升降壓調(diào)節(jié)器：輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，輸出電壓可在2.5V至5V之間編程，靜態(tài)電流僅1.1μA，還具備可編程電流限制功能。
2. 微IQ 200mA降壓調(diào)節(jié)器：輸入電壓范圍同樣是1.8V至5.5V，輸出電壓可在1.0V至2.0V之間編程，靜態(tài)電流為0.9μA。
3. 微$I_{Q}$ 100mA LDO：輸入電壓范圍從1.71V至5.5V，輸出可在0.9V至4.0V之間編程，靜態(tài)電流0.9μA，還可配置為負載開關(guān)。

（二）延長產(chǎn)品保質(zhì)期

1. 電池密封模式（MAX14720）：電池電流僅120nA，極大降低了電池的自放電。
2. 電源開關(guān)導通電阻：在2.7V時最大為250mΩ，在1.8V時最大為500mΩ，減少了電源損耗。
3. 電池阻抗檢測器：可實時監(jiān)測電池狀態(tài)，為電池管理提供依據(jù)。

（三）易于實現(xiàn)的系統(tǒng)控制

1. 可配置電源模式和復位行為（MAX14720）：支持按鈕監(jiān)測以啟用超低功耗運輸模式，能將所有負載與電池斷開，并將泄漏電流降低到小于1μA。還具備上電復位（POR）延遲和電壓定序功能。
2. 獨立使能引腳（MAX14750）：方便用戶對各個功能進行獨立控制。
3. 電壓監(jiān)視器多路復用器：可對每個功能的電源輸入和輸出進行監(jiān)測。
4. I2C控制接口：便于與主機微控制器進行通信，實現(xiàn)對器件的配置和狀態(tài)監(jiān)測。

四、電氣特性

（一）電源電流

不同工作模式下，如密封輸入電流、關(guān)斷輸入電流、開關(guān)輸入電流等，其電流值均有明確的參數(shù)范圍。例如，密封輸入電流在密封模式且所有功能禁用時，典型值為0.12μA，最大值為1μA。

（二）電源定序

• 啟動時間：MAX14720的啟動時間典型值為11ms，MAX14750為24ms。
• 復位時間：MAX14720的復位時間典型值為80ms。

（三）各模塊特性

1. 電源開關(guān)：輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，具備低靜態(tài)電源電流、低導通電阻、最大輸出電流限制、開啟時間、短路電流限制等特性。
2. 升降壓轉(zhuǎn)換器：輸入電壓范圍1.8V至5.5V，具有低靜態(tài)電源電流、最小輸入電壓啟動值、最大輸出工作功率、輸出電壓精度、線路和負載調(diào)節(jié)誤差等參數(shù)。
3. 降壓轉(zhuǎn)換器：輸入電壓范圍1.8V至5.5V，各項性能指標與升降壓轉(zhuǎn)換器類似，在輸出電壓、精度、調(diào)節(jié)誤差等方面有具體參數(shù)。
4. LDO：輸入電壓范圍因工作模式而異，在不同條件下有不同的靜態(tài)電源電流、最大輸出電流、輸出電壓精度、壓降等參數(shù)。
5. 電池阻抗測量：涵蓋SWOUT允許的電源范圍、UVLO閾值、VCC阻抗測試電流范圍和精度、VCC輸入分壓器電阻、可測量的VCC電壓范圍、分辨率、測量精度以及電壓轉(zhuǎn)換時間等參數(shù)。
6. 監(jiān)視器多路復用器：不同通道的開關(guān)電阻、BBM時間、下拉電阻等參數(shù)明確。
7. UVLO/POR：輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，規(guī)定了不同引腳的UVLO閾值上升和下降值以及POR的上升和下降值。
8. 數(shù)字信號：對輸入邏輯高、輸入邏輯低、輸出邏輯低、SCL時鐘頻率、KIN上拉電阻、總線空閑時間、各種條件的保持時間和設置時間等都有詳細的參數(shù)要求。

五、典型工作特性

從文檔中的圖表可以看出，這些特性能夠直觀地展示器件在不同電壓和溫度下的總靜態(tài)電流變化情況，以及各模塊在不同負載條件下的輸出電壓、效率和瞬態(tài)響應等。例如，總靜態(tài)電流與VCC和溫度的關(guān)系曲線，能幫助工程師了解器件在不同工作環(huán)境下的功耗情況；降壓和升降壓轉(zhuǎn)換器在不同負載下的效率曲線，可指導工程師選擇合適的工作點以提高系統(tǒng)效率。

六、引腳配置與功能

MAX14720和MAX14750采用25-bump、0.4mm pitch、2.26mm x 2.14mm晶圓級封裝（WLP）。文檔詳細給出了每個引腳的功能和用途，以及在電路設計中需要注意的電容配置。例如，A1引腳為降壓調(diào)節(jié)器輸入（必須連接到板上的HVIN），需要通過一個1μF的電容器旁路到GND，這些信息對于正確的電路設計至關(guān)重要。

七、詳細工作原理

（一）電源調(diào)節(jié)

• 器件包含的開關(guān)調(diào)節(jié)器采用突發(fā)模式工作，能在輕載時提供出色的效率，同時允許開關(guān)調(diào)節(jié)器連續(xù)運行而不會產(chǎn)生顯著的能量損耗。
• 升降壓調(diào)節(jié)器適用于需要電池供電時持續(xù)保持電壓的應用，還可在電流限制模式下工作，以減少對電源的電流浪涌。

（二）UVLO

除了內(nèi)部上電復位（POR）電路外，器件還具備兩個UVLO電路，分別監(jiān)測BIN和LIN引腳的電壓，確保輸入電壓足以保證正常工作。用戶可以通過UVLOCfg寄存器選擇使用哪個UVLO，以降低靜態(tài)電流。

（三）輸出放電

調(diào)節(jié)器包含放電電路，有主動放電和被動放電兩種方式。主動放電在硬復位期間或器件進入關(guān)斷/密封模式的10ms內(nèi)啟用，也可在調(diào)節(jié)器禁用時通過寄存器位在開啟狀態(tài)下激活；被動放電在GlbPasDsc位設置時在關(guān)斷/密封模式下應用，也可在調(diào)節(jié)器禁用時通過寄存器位在開啟狀態(tài)下應用。

（四）電源開/關(guān)和復位控制

• MAX14750為每個主要功能提供獨立的使能引腳，而MAX14720包含按鈕監(jiān)視器和定序控制器。
• 當器件開始關(guān)機過程時，復位信號被拉低，所有功能被禁用，輸出被主動放電，10ms后進入關(guān)斷狀態(tài)（密封模式），此時除了電源按鈕監(jiān)視器外所有功能均被禁用。

（五）電源定序

電壓調(diào)節(jié)器在上電時的定序是可配置的，每個調(diào)節(jié)器可以在四個不同的點開啟，并且復位延遲時間可在80ms、120ms、220ms和420ms中進行配置。此外，調(diào)節(jié)器可以預先選擇默認關(guān)閉，并在復位釋放后通過I2C命令開啟。

（六）電池阻抗測量（僅適用于MAX14720且啟用BatZUVLO）

MAX14720包含測量電源阻抗的電路。測量時，SWIN必須連接到VCC，電池側(cè)不能有電容器，所有負載從電源開關(guān)輸出獲取電源。在測量過程中，阻抗測量電路會打開電源開關(guān)，記錄施加電流負載前后開關(guān)輸入的電壓。如果SWOUT電壓低于SWOUT UVLO閾值，電池測量將立即中止，電源開關(guān)關(guān)閉。

（七）I2C接口

器件使用兩線I2C接口與主機微控制器通信，通過該接口可以進行配置設置和狀態(tài)信息的傳輸。文檔詳細介紹了I2C接口的操作流程，包括開始、停止和重復開始條件，以及單字節(jié)寫入、突發(fā)寫入、單字節(jié)讀取和突發(fā)讀取等操作的具體步驟，同時還說明了確認位的產(chǎn)生和作用。

八、典型應用電路

文檔給出了多種典型應用電路，如鋰紐扣電池應用、可移動鋰離子可充電應用、常開紐扣電池應用和配套鋰離子可充電應用等。這些電路為工程師在實際設計中提供了參考，幫助他們根據(jù)不同的應用需求選擇合適的電路配置。

九、訂購信息與芯片信息

（一）訂購信息

提供了MAX14720和MAX14750不同型號的訂購信息，包括溫度范圍和引腳封裝等，方便用戶根據(jù)實際需求進行選擇。

（二）芯片信息

芯片采用BiCMOS工藝，為工程師了解芯片的制造工藝和性能特點提供了參考。

十、總結(jié)與思考

MAX14720/MAX14750以其高度集成的功能、出色的性能和靈活的配置，為空間受限的電池供電應用提供了優(yōu)秀的電源管理解決方案。在實際設計中，工程師可以根據(jù)具體的應用需求，如電池類型、負載要求、功耗限制等，合理選擇器件和配置參數(shù)。同時，通過對電池阻抗測量、電源定序等功能的靈活運用，可以進一步提高系統(tǒng)的性能和可靠性。大家在使用MAX14720/MAX14750的過程中遇到過哪些問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。