MAX20353：小尺寸鋰系統(tǒng)的集成電源管理解決方案

在當(dāng)今的電子設(shè)備設(shè)計中，尤其是小型可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，對電源管理的要求越來越高，不僅要滿足高效、低功耗的需求，還要兼顧尺寸和功能的集成度。MAX20353作為一款高度集成且可編程的電源管理集成電路（PMIC），為小型鋰系統(tǒng)提供了全面的解決方案。本文將深入探討MAX20353的特性、功能以及應(yīng)用場景，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

文件下載：MAX20353.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX20353專為超低功耗可穿戴應(yīng)用而設(shè)計，它在尺寸和效率方面進行了優(yōu)化，能夠有效延長電池續(xù)航時間并縮小整體解決方案的尺寸。該芯片集成了多種電源管理功能，包括多個降壓、升壓、降壓 - 升壓和線性穩(wěn)壓器，以及電池管理、充電器、電量計和觸覺驅(qū)動器等功能，為系統(tǒng)提供了一站式的電源管理解決方案。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）延長電池使用時間

1. 超低靜態(tài)電流調(diào)節(jié)器：芯片包含多個超低靜態(tài)電流（Iq）的調(diào)節(jié)器，如兩個微 Iq 降壓調(diào)節(jié)器，每個調(diào)節(jié)器的靜態(tài)電流典型值小于 1μA，能夠在始終開啟的應(yīng)用中顯著延長電池壽命。
2. 高效電源轉(zhuǎn)換：開關(guān)調(diào)節(jié)器具有出色的輕載效率，可在不消耗過多能量的情況下持續(xù)運行。降壓和升壓調(diào)節(jié)器可在固定峰值電流模式和自適應(yīng)峰值電流模式下工作，以適應(yīng)不同的負載需求，提高負載調(diào)節(jié)能力，擴展高效范圍并減小電容尺寸。

（二）易于實現(xiàn)的鋰電池充電

1. 寬充電電流范圍：支持 5mA 至 500mA 的寬快速充電電流范圍，可根據(jù)電池需求進行靈活調(diào)整。
2. 智能電源選擇器：能夠無縫地將外部充電器輸入的電源分配到電池和系統(tǒng)負載，根據(jù)系統(tǒng)負載需求自動調(diào)整充電和供電模式。
3. 可編程充電配置：支持可編程的 JEITA 電流/電壓配置文件，確保在不同溫度條件下安全、高效地充電。

（三）高集成度減小解決方案尺寸

1. 多種集成功能：集成了安全輸出 LDO、觸覺驅(qū)動器、三個 LED 電流沉等功能，減少了外部元件的使用，從而減小了整體解決方案的尺寸。
2. 多功能引腳配置：通過多功能控制引腳（MPC）和可編程按鈕控制器，可根據(jù)不同的產(chǎn)品用戶體驗（UX）需求進行定制化配置。

（四）支持多種顯示選項

1. 微 Iq 升壓調(diào)節(jié)器：提供 300mW 的輸出功率，輸出電壓范圍為 5V 至 20V，可滿足不同顯示設(shè)備的供電需求。
2. 3 通道電流沉：每個通道的電流可在 0.6mA 至 30mA 之間可編程，適用于指示燈或背光功能。

（五）優(yōu)化系統(tǒng)控制

1. 動態(tài)電壓縮放（DVS）：降壓和 LDO 調(diào)節(jié)器支持通過 AP 接口動態(tài)改變輸出電壓，無需重啟，提高了系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)速度。
2. 可編程電源開關(guān)和復(fù)位控制：支持多種復(fù)位序列和電源開關(guān)模式，可通過外部控制、I2C 命令或其他條件觸發(fā)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。
3. 電源排序可編程：開關(guān)調(diào)節(jié)器、LDO 和電荷泵的上電順序可配置，確保系統(tǒng)穩(wěn)定啟動。

三、詳細功能解析

（一）電源調(diào)節(jié)

MAX20353 集成了多種類型的穩(wěn)壓器，包括兩個高效、低靜態(tài)電流的降壓調(diào)節(jié)器、一個降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器、一個高壓升壓調(diào)節(jié)器、一個電荷泵和兩個低靜態(tài)電流、低壓差（LDO）線性調(diào)節(jié)器，這些調(diào)節(jié)器可配置為負載開關(guān)。此外，當(dāng) CHGIN 存在有效電壓時，還提供一個安全輸出 LDO，其輸出可配置為 3.3V 或 5V。

（二）動態(tài)電壓縮放（DVS）

降壓和 LDO 調(diào)節(jié)器支持 DVS 功能，可通過 AP 接口在不重啟的情況下改變輸出電壓。特別是 Buck1 調(diào)節(jié)器，可通過 MPC 輸入和直接 I2C 寄存器快速改變輸出電壓，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈活性。

（三）電源開關(guān)和復(fù)位控制

芯片具有電源開關(guān)功能，可執(zhí)行復(fù)位序列或關(guān)閉主系統(tǒng)電源以進入關(guān)機模式，延長電池壽命。關(guān)機和復(fù)位事件可通過外部控制、I2C 命令或其他條件觸發(fā)。PFN 引腳的行為可根據(jù) PwrRstCfg[3:0] 位進行預(yù)配置，以支持多種可穿戴應(yīng)用場景。

（四）電源排序

開關(guān)調(diào)節(jié)器、LDO 和電荷泵的上電順序可配置，調(diào)節(jié)器可在三個不同的時間點開啟：上電事件后 75ms、RST 信號釋放時或兩者之間的兩個固定比例點。此外，LDO2 可配置為只要 SYS 或 BAT 存在就始終開啟。

（五）電流沉

芯片包含三個低壓差線性電流調(diào)節(jié)器，可獨立編程每個調(diào)節(jié)器的沉電流，范圍為 0.6mA 至 30mA，適用于外部 LED 的電流沉。電流沉可通過 I2C 命令、內(nèi)部充電器狀態(tài)信號或外部 MPC 引腳啟用。

（六）系統(tǒng)負載開關(guān)

內(nèi)部 80mΩ（典型值）的 MOSFET 在 CHGIN 無電壓源時將 BAT 連接到 SYS，當(dāng)檢測到外部電源時，開關(guān)打開，SYS 由輸入源通過輸入電流限制器供電。該開關(guān)還可防止 VSYS 低于 VBAT，確保系統(tǒng)在高負載時的穩(wěn)定供電。

（七）智能電源選擇器

智能電源選擇器能夠根據(jù)系統(tǒng)負載需求自動分配外部充電器輸入的電源到 BAT 和 SYS 節(jié)點，實現(xiàn)高效的電源管理。

（八）輸入限制器

輸入限制器負責(zé)將外部適配器的電源分配到系統(tǒng)負載和電池充電器，并具有多種保護和優(yōu)化功能，如無效 CHGIN 電壓保護、CHGIN 輸入電流限制、熱限制和自適應(yīng)電池充電等。

（九）SAR ADC/監(jiān)控 MUX

為了簡化系統(tǒng)監(jiān)控，芯片集成了電壓監(jiān)控多路復(fù)用器（MUX），可通過 I2C 控制將 MON 引腳連接到六個電壓調(diào)節(jié)器、BAT 或 SYS 的縮放值。內(nèi)部 ADC 可讀取其余電壓軌，并執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)，如 JEITA 溫度監(jiān)控和觸覺驅(qū)動器操作期間的 SYS 跟蹤。

（十）JEITA 監(jiān)控與充電器控制

為了提高鋰電池充電的安全性，芯片支持 JEITA 合規(guī)的溫度監(jiān)控。通過在 THM 上連接上拉電阻和電池組的熱敏電阻，內(nèi)部 ADC 可讀取溫度信息，并將電池置于五個溫度區(qū)域之一，每個區(qū)域的溫度限制和充電行為可通過相關(guān)命令進行配置。

（十一）觸覺驅(qū)動器

MAX20353 集成了一個多功能的觸覺驅(qū)動器，支持通過 PWM 或 I2C 實時控制觸覺設(shè)備，還可從內(nèi)部 RAM 運行觸覺模式。該驅(qū)動器能夠驅(qū)動線性諧振執(zhí)行器（LRA）和偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（ERM）執(zhí)行器，并具有自動諧振跟蹤、自動制動等功能。

四、電氣特性

（一）絕對最大額定值

芯片的各個引腳具有特定的電壓、電流和功率限制，如 BAT、SYS 等引腳的電壓范圍為 -0.3V 至 +6V，CHGIN 引腳的電壓范圍為 -6V 至 +30V 等。在設(shè)計時，必須確保引腳電壓和電流不超過這些額定值，以避免對芯片造成永久性損壞。

（二）電氣參數(shù)

文檔詳細列出了芯片在不同條件下的各種電氣參數(shù)，如全局電源電流、內(nèi)部電源、偏置和 UVLOS、SAR ADC 和監(jiān)控 MUX、OVP 和輸入電流限制器、電池充電器等方面的參數(shù)。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計電路時提供了重要的參考依據(jù)。

五、典型應(yīng)用

MAX20353 適用于多種小型鋰系統(tǒng)應(yīng)用，特別是可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。在可穿戴設(shè)備中，其超低功耗和高集成度的特性能夠滿足設(shè)備對電池續(xù)航和尺寸的嚴(yán)格要求；在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，芯片的多功能性和靈活性可適應(yīng)不同的傳感器和執(zhí)行器的電源需求。

六、總結(jié)

MAX20353 作為一款高度集成的 PMIC，為小型鋰系統(tǒng)提供了全面、高效的電源管理解決方案。其豐富的功能和出色的性能使其成為可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想選擇。電子工程師在設(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時，可以充分利用 MAX20353 的特性，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，提高產(chǎn)品的競爭力。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題？你對這款芯片的哪些功能最感興趣呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。