MAX14745：小型锂离子系统的理想电源管理解决方案

在当今低功耗可穿戴设备和物联网设备蓬勃发展的时代，高性能且低功耗的电源管理解决方案变得尤为关键。Analog Devices推出的MAX14745，就是一款针对小型锂离子系统的电源管理芯片（PMIC），它集成了多种功能，能够帮助工程师优化设备的功耗和性能。

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一、产品概述

MAX14745是一款适用于低功耗可穿戴应用的电池充电管理解决方案。该设备集成了线性电池充电器、智能电源选择器以及多个电源优化的外设。它具有两个超低静态电流降压调节器和三个超低静态电流低压差（LDO）线性调节器，最多可提供五路稳压输出，每一路的静态电流都极低，这使得设计人员能够在24/7运行的设备中最小化功耗并延长电池寿命，例如可穿戴市场的各类设备。

二、关键特性与优势

（一）延长电池充电间隔时间

• 双超低IQ降压调节器
  • 输出电压可编程，Buck 1输出范围为0.8V至2.375V，Buck 2输出范围为0.8V至3.95V。
  • 静态电流低至0.9μA（典型值，Buck 1），在轻载条件下也能有效降低功耗。
  • 可选固定峰值电流模式，可在对噪声敏感的应用中优化纹波频率。
• 三个超低IQ的100mA LDO
  • LDO1输出可编程范围为0.8V至3.6V，静态电流低至0.6μA（典型值）。
  • LDO2/3输出可编程范围为0.9V至4V，静态电流为1μA（典型值）。

（二）易于实现的锂离子电池充电

• 智能电源选择器：在连接电源时，即使电池没电也能正常工作。同时，可根据I2C寄存器设置限制输入电流，避免电源适配器过载。当充电器电源无法满足整个系统负载时，智能电源控制电路会从电池补充系统负载电流。
• 宽输入电压范围：支持28V / -5.5V的耐受输入，增强了设备的适应性。
• 热敏电阻监测：支持温度相关的充电电流，确保电池在安全的温度范围内充电。

（三）高度集成化，减小解决方案尺寸

• 提供五路稳压轨：满足设备不同部分对电源的需求，减少了外部元件的使用。
• LDO支持开关模式：可配置为电源开关，用于断开系统外设的静态负载。

（四）优化系统控制

• 超低功耗模式监测：通过监测按钮实现超低功耗模式。
• 上电复位延迟和电压排序：确保设备上电过程的稳定性。
• 片上电压监测多路复用器：方便对不同电压进行监测。

三、工作原理

（一）电源调节

MAX14745包含两个高效、低静态电流的降压调节器和三个低静态电流的线性调节器（可配置为电源开关）。降压调节器在轻载时具有出色的效率，能够持续运行而不会产生显著的能量损耗。

（二）电源开关和复位控制

电源功能控制引脚（PFN1和PFN2）的行为预配置，支持多种可穿戴应用场景。软复位会在RST引脚产生一个10ms的逻辑低脉冲，并将所有寄存器复位为默认值；硬复位会启动一个完整的上电复位序列，并在RST引脚产生一个50ms的逻辑低脉冲。

（三）电源排序

在电源开启时，降压调节器和LDO的启动顺序有多种配置选项。调节器可以配置为在电源开启过程的四个时间点之一开启：0% tRST、25% tRST、50% tRST和100% tRST。复位延迟tRST可通过BootCfg寄存器中的BootDly[1:0]设置为80ms、120ms、220ms或420ms。

（四）智能电源选择器

智能电源选择器能够无缝地将外部CHGIN输入的电源分配给电池（BAT）和系统（SYS）。当系统负载需求小于输入电流限制时，电池会利用输入的剩余电源进行充电；当系统负载需求超过输入电流限制时，电池会为负载提供补充电流；当仅连接电池而无外部电源输入时，系统由电池供电。

（五）热电流调节

当芯片温度超过正常限制时，MAX14745会尝试通过减少来自CHGIN的输入电流来限制温度上升。在这种情况下，系统负载优先于充电器电流，因此首先会降低充电电流。如果结温继续上升并达到最大工作限制，则不会从CHGIN汲取输入电流，整个系统负载由电池供电。

四、I2C接口

MAX14745通过两线I2C接口与主机微控制器进行通信。其从地址为0101000（写操作地址为0x50，读操作地址为0x51）。支持单字节写入、突发写入、单字节读取和突发读取等操作，数据传输通过确认位（ACK或NACK）进行确认。

五、应用信息

（一）外部元件选择

• 电感选择：推荐使用2.2μH的电感。表36中列出了不同应用场景下（追求最高效率或兼顾效率与尺寸）建议使用的电感。
• 输出电容选择：为了保证输出电压纹波小和调节环路稳定，建议使用10μF的输出电容（Buck ISet[3:0] = 150mA且Buck_IAdptEnb = 0时）。在不同的输出电压和负载电流情况下，可参考表37选择最小允许的电容值。
• 输入电容选择：输入电容用于减少从电池或输入电源汲取的电流峰值，并降低IC的开关噪声。建议使用具有低ESR的陶瓷电容，并确保其在温度和直流偏置下保持稳定的电容值。

（二）PCB布局和布线

由于开关频率高和峰值电流大，PCB布局非常重要。良好的布局可以减少反馈路径上的电磁干扰和接地平面的电压梯度，避免导致不稳定或调节误差。应将电感、输入电容和输出电容尽可能靠近连接，并保持它们的走线短、直且宽。同时，要将IC下方的两个GND引脚直接连接到输入和输出电容的接地端，尽量缩短嘈杂走线（如LX节点）的长度。

六、总结

MAX14745凭借其丰富的功能、低功耗特性和高度集成化的设计，为小型锂离子系统提供了一个优秀的电源管理解决方案。无论是可穿戴设备还是其他对功耗和空间要求较高的应用，MAX14745都能够帮助工程师实现设备性能的优化。不过在实际应用中，工程师还需要根据具体的设计需求，合理选择外部元件，并注意PCB布局和布线，以充分发挥该芯片的性能。你在使用过程中遇到过类似芯片的哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。