简化1节Li+电池供电器件的设计

MAX8671X电源管理IC （PMIC）为锂电池充电并调节电源，适用于便携式系统设计。要为锂离子 （Li+） 锂聚合物 （Li-Poly） 电池充电，此设备使用 USB 端口或外部交流到 DC 电源适配器的输入电源。PMIC 还集成了许多电源管理功能，包括用于 USB 和 DC 输入的过压保护电源开关，以及用于系统电源的五个独立片上稳压器。

低成本、小尺寸、轻量化都是当今便携式电子系统的要求。MAX8671X电源管理IC （PMIC）非常适合为各种板载子系统集成电池充电和稳压电源的系统，提供便携式系统设计所需的所有特性。该设备从 USB 端口或外部交流适配器接收锂离子 （Li+） 或锂聚合物 （Li-Poly） 电池的充电电源。除电池充电外，PMIC 还集成了用于 USB 和 DC 输入的过压保护电源开关，以及用于系统电源的五个独立片上稳压器。这种特性组合大大减少了狭窄电路板上的元件数量（图 1），使该器件特别适合智能手机、PDA、便携式媒体播放器、GPS 导航设备、数码相机和数码摄像机等小型便携式设备。

图1.MAX8671X评估板照片显示了典型应用电路的紧凑PCB布局。

由于MAX8671X无缝管理USB和AC适配器电源，因此制造商无需将AC-DC壁式充电器作为手持设备零售封装的一部分。因此，零售包装的尺寸和重量以及分销成本都降低了。然后，产品可以仅附带一根USB电缆，用于在同步或传输数据时从计算机的USB端口充电，交流适配器作为售后选项。

MAX8671X集成了完整的功能：电池充电、适配器-USB电池切换、系统电压调节和各种监测功能。如图2所示，这些功能使该PMIC成为各种应用的理想选择。五个独立的集成稳压器（三个效率高达96%的2MHz开关模式降压稳压器和两个低静态电流线性稳压器）有效地为多个子系统供电。

图2.MAX8671X PMIC集成了5个独立的稳压器，加上所有电池充电功能和电源选择开关。可以通过交流适配器或 USB 电缆供电。

集成减少了电源切换的混乱

MAX8671X PMIC集成了DC/USB输入过压保护、单节Li+电池充电以及电池与外部电源之间的负载切换所需的所有电源开关。这些集成开关和稳压器消除了对外部 MOSFET 的需求，也消除了电源监控和切换电路中常见的杂乱的电压检测器、电流检测电阻器、比较器、定时器和其他分立元件。由此产生的元件数量和电路板空间的减少意味着更低的成本和更紧凑的系统。

MAX8671X智能电源选择器™可在外部输入、电池和系统负载之间无缝分配电源（见图3）。选择器执行以下操作：

当外部电源（USB 或 AC 适配器）和电池都连接时，如果系统 （SYS） 负载电流小于所选输入电流限值，则使用系统未使用的任何可用电流为电池充电。当系统负载超过输入电流限值时，电池向负载提供补充电流以维持SYS负载电流（I.SYS） 并防止重置。

当电池连接且没有外部电源时，系统由电池供电。

当连接外部电源且没有电池时，系统由外部电源输入供电。

图3.智能电源选择器利用集成功率开关MOSFET （Q3），用作负载开关和充电开关。

在某些情况下，可能没有足够的适配器或 USB 电流来提供峰值系统负载。为了解决这个问题，一个具有低R的集成MOSFET德森当系统负载峰值超过所选输入电流限值时，或者直流或USB输入端均无电源时，在内部将电池路由至SYS引脚，以便为负载供电。如果系统负载持续超过输入电流限制，即使连接外部电源，电池也不会充电。在大多数情况下，这种情况不会持续很长时间，因为高负载通常只发生在短峰值中。在这些峰值期间，电池能量支持系统;在所有其他时间，电池都会充电。

除为电池充电外，MAX8671X还通过SYS输出和多个片内稳压器为系统供电。该 IC 的设计使得充电电流也从 SYS 节点提供。因此，所选的输入电流限值控制总 SYS 电流（即 I.SYS和电池充电电流）。

SYS 可由直流或 USB 输入引脚供电（如果未连接外部电源，则由电池供电）。如果直流和 USB 电源都连接，则直流输入优先。设计人员还可以选择将MAX8671X与USB和AC适配器电源分开输入，或与两个电源兼容的单路输入一起使用。逻辑输入 PEN1 和 PEN2 为双输入或单输入操作选择正确的电流限值。直流输入的电流限值可调节至高达 1A，直流和 USB 输入均支持 100mA、500mA 和 USB 挂起模式。

设计稳压器以延长电池寿命

MAX8671X的5个片内稳压器的高效率使功率损耗降至最低，从而最大限度地延长电池寿命。除了在重负载运行时提供高效率外，稳压器在轻负载时也能高效运行。这进一步延长了电池寿命，因为子系统功能的峰值负载可能达到几百毫安;然而，大多数时候，他们的要求远低于此。在此类系统中，针对最常消耗的负载电流而不是最高负载优化效率，对电池寿命提供了最大的好处。

许多便携式系统的大部分时间都处于“睡眠”状态。因此，在满负载时效率高（>90%）但在怠速时效率低得多（<60%）的稳压器将比轻负载时保持高效率的稳压器更快地耗尽电池电量。MAX8671X的稳压器解决了这一问题，在较高负载范围内提供高达96%的效率（为系统负载提供高达425mA的电流），同时在仅1mA负载下仍能保持高达85%的效率。

三个可调开关稳压器（REG1、REG2 和 REG3）中的每一个都可以提供高达 425mA 的电流。它们的工作在 2MHz 的开关频率，有助于最大限度地减小电感器和电容器的尺寸。外部电阻设置每个稳压器的输出电压。

其余稳压器（REG4 和 REG5）是低压差 （LDO） 线性稳压器，可提供高达 150mA 的电流。REG5 为系统的 USB 收发器电路供电，仅在 USB 电源可用时激活。当直流或USB电源没有电源时，REG4由电池供电。这两个LDO延长了电池寿命，为系统设计人员提供了更大的灵活性，并由于其1.7V至5.5V的宽输入电压范围而提供了额外的节能效果。1.7V 的最小输入电压允许这些 LDO 由一个降压型 DC-DC 转换器输出供电，而不是直接由电池供电。

内部充电器管理电池

PMIC 的双输入充电器部分接受 USB 电源或交流适配器的输出。由于集成了智能电源选择器技术和管理充电周期的状态控制逻辑，它执行所有功率控制和充电功能，如图4中的充电曲线所示。充电电流可调节至1A，以支持广泛的电池容量。

图4.内部状态控制器管理Li+电池充电，并提供安全充电所需的电压和电流。

使用有效的直流和/或 USB 输入时，电池充电器在使能充电器时启动充电周期。它首先检查电池电压，以查看电池是否深度放电至低于资格预审阈值（3.0V）。如果是，充电器将进入安全预充电模式，在该模式下，电池以设定快速充电电流的 1/10 充电。一旦电池电压升至3.0V以上，充电器进入快速充电模式并施加设定的充电电流。

随着充电的继续，电池电压上升，直到接近电池调节电压（使用BVSET引脚选择）;此时，充电电流开始逐渐减小。当充电电流降至设定快速充电电流的4%时，充电器进入短暂的浮充状态，然后停止充电。如果在充电停止后，电池电压随后降至电池调节电压以下120mV，则充电将重新启动，定时器将复位。这可确保电池始终保持或至少非常接近完全充电，而不会有过度充电的风险。

充电速率由几个因素决定：电池电压、USB/DC 输入电流限制、充电设置电阻 （R赛特）、I.SYS和芯片温度。MAX8671X自动将充电电流降至设定充电速率以下，以防止输入过载和过热。

从 USB 端口获取电源

MAX8671X上的USB引脚为限流电源输入，为SYS引脚提供高达500mA电流。将USB连接到SYS的限流开关也是一款设计用于在压差条件下工作的线性稳压器。该线性稳压器可防止 SYS 电压超过 5.3V，即使在高达 14V 的 USB 输入故障条件下也是如此。

在应用中，USB 引脚通常连接到 V总线USB 接口的行。它可以通过第二个电源使能 （PEN2） 和 USB 暂停 （USUS） 数字控制输入设置为三个电流限制之一，以支持 USB 限流规范。低功耗 USB 模式的限制为 100mA，高功率 USB 模式的限制为 500mA，USB 挂起和未配置移动 （OTG） 模式的限制为 0.11mA （典型值）。

当 USB 输入电压低于欠压阈值 （V乌斯库尔：4V，典型值）或低于电池电压，则视为无效并关闭。同样，如果USB输入电压高于过压门限（V呵呵：6.9V，典型值）。

为了符合高速 USB 规范，每个连接的设备最初必须配置为低功耗。USB 枚举后，如果获得 USB 主机的许可，设备可以从低功耗切换到高功率。MAX8671X不执行枚举，而是依靠系统与USB主机通信。主机决定适当的限流，并通过PEN1、PEN2和USUS输入向MAX8671X发送命令。

片上热管理

MAX8671X具有热管理功能，即使在极小的手持设备中常见的次优热条件下也能防止热量上升。当管芯温度超过+100°C时，它将输入电流降低5%/°C。 在所有条件下，I.SYS优先于充电器电流，因此首先通过降低充电电流来降低输入电流。如果尽管充电电流降低，结温仍达到+120°C，则不会消耗输入电流，电池为系统负载供电。这种片内热限制电路与热敏电阻输入（THM）无关，并且独立于热敏电阻输入（THM）工作，后者（通常）使用外部热敏电阻来监视电池。

完整的PMIC

除了集成电池供电便携式设备所需的关键电源管理功能（充电、电源切换和系统调节）外，MAX8671X还减少了这些设计中常见的分立元件电路。通过包括热调节、过压保护、充电状态和故障输出、电源就绪监视器、电池热敏电阻监视器和充电定时器等功能，它消除了对额外逻辑和开关元件的需求，从而降低了成本;更重要的是，它还节省了设计时间。Maxim的集成硬件解决方案意味着系统软件问题不会影响充电或电源管理，因此系统和电池的安全性和可靠性也得到了提高。

MAX8671X采用耐热增强、节省空间的5mm x 5mm、40引脚TQFN封装。该封装使该设备能够安装到当今许多空间有限的便携式产品中。此外，该PMIC可在扩展温度范围（-40°C至+85°C）内工作，这使其成为许多工业应用的理想选择。