深入解析MAX14690：低功耗可穿戴设备的理想电源管理解决方案

在当今的电子设备市场中，可穿戴设备、健身监测器以及便携式医疗设备等小型锂离子系统对电源管理的要求越来越高。既要保证设备的长续航能力，又要实现高效稳定的电源供应。Maxim Integrated推出的MAX14690电源管理集成电路（PMIC），正是满足这些需求的理想选择。今天，我们就来深入了解一下这款MAX14690。

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一、产品概述

MAX14690是一款专为低功耗可穿戴应用设计的电池充电管理解决方案。它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外设，能够为小型锂离子系统提供高效、稳定的电源管理。该器件具有两个超低功耗降压调节器和三个超低功耗低压差（LDO）线性调节器，总共可提供多达五种稳压电压，且每种电压的静态电流极低，这对于24/7运行的设备（如可穿戴市场中的设备）的电池寿命至关重要。

二、关键特性与优势

（一）延长电池充电间隔时间

• 双超低IQ 200mA降压调节器：典型静态电流仅为0.9μA，输出电压可在0.8V至1.8V和1.5V至3.3V之间编程，支持自动突发或强制PWM模式，能够在不同负载情况下实现高效的电源转换。
• 三个超低IQ 100mA LDO：典型静态电流为0.6μA，输出电压可在0.8V至3.6V之间编程，输入电压范围为2.7V至5.5V，且每个LDO都有专用输入引脚，为系统提供了灵活的电源配置选项。

（二）易于实现的锂离子电池充电

• 智能电源选择器：允许在连接电源时对没电的电池进行操作，同时通过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的输入电压，并且具备热敏电阻监测功能，可实时监测电池温度，确保充电安全。

（三）高度集成，减小解决方案尺寸

• 提供五路稳压轨：MAX14690集成了多个调节器，能够同时为系统的不同部分提供稳定的电源，减少了外部元件的使用，从而减小了整体解决方案的尺寸。
• LDO开关模式选项：每个LDO调节器都可以配置为电源开关，用于断开系统外设的静态负载，进一步优化电源管理。

（四）优化系统控制

• 超低功耗模式监测：通过监测按钮输入，可使设备进入超低功耗模式，延长电池续航时间。
• 上电复位延迟和电压排序：提供延迟复位信号和电压排序功能，确保系统在启动时能够按照正确的顺序进行初始化，提高系统的稳定性。
• 片上电压监测多路复用器：方便对系统中的多个电压进行监测和管理。

三、电气特性详解

（一）全局电源电流

在不同的工作模式下，MAX14690的电源电流表现出色。例如，在充电器输入电流方面，当所有功能禁用时，典型值仅为0.26mA；而在电源开启且处于特定工作模式下，电流也能保持在合理范围内。在电池输入电流方面，不同的工作状态下，电流值也有所不同，如在电源关闭且SYS开关断开时，典型值为0.95μA。

（二）降压调节器

• 降压调节器1：输入电压范围为2.7V至5.5V，输出电压可在0.8V至1.8V之间以25mV的步长进行编程。在突发模式下，静态电源电流典型值为0.915μA，输出精度可达±2.9%，负载调节性能良好，最大输出电流可达200mA。
• 降压调节器2：输入电压同样为2.7V至5.5V，输出电压在1.5V至3.3V之间以50mV的步长编程。其性能与降压调节器1类似，能够为系统提供稳定的电源输出。

（三）LDO调节器

LDO调节器的输入电压范围根据不同的模式有所不同，在LDO_Mode = 0时为2.7V至5.5V，LDO_Mode = 1时为1.8V至5.5V。典型静态电源电流为0.56μA，最大输出电流为100mA，输出电压可在0.8V至3.6V之间编程，输出精度可达±3%，能够满足系统对不同电压的需求。

（四）充电相关特性

• 充电输入电压范围：CHGIN输入电压范围为 -5.5V至28V，允许的BAT电压范围为0V至5.5V。同时，还具备CHGIN检测阈值、过压阈值等保护机制，确保充电过程的安全可靠。
• 充电电流设置：通过外部电阻连接SET到GND来设置快速充电电流，预充电和充电终止电流可通过I2C寄存器编程为该值的百分比。快速充电电流电阻可根据公式 (R{SET}=K{SET} × V{SET} / I{FChg}) 进行计算，其中 (K{SET}) 典型值为2000A/A，(V{SET}) 典型值为1V，(R_{SET}) 的可接受范围为4kΩ至400kΩ。

四、功能模块分析

（一）电源调节

MAX14690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，这些调节器还可配置为电源开关。降压调节器的标准工作模式为突发模式，但也可以通过I2C寄存器强制工作在PWM模式。这种灵活的工作模式选择，能够在不同负载情况下实现高效的电源转换，保证系统的稳定运行。

（二）电源开关与复位控制

电源功能控制引脚（PFN1和PFN2）的行为预配置为支持多种可穿戴应用场景。通过PwrRstCfg[3:0]位可以设置不同的工作模式，如开/关模式、始终开启模式等。软复位会重置所有寄存器值并拉低RST线，硬复位则会启动完整的上电复位序列。这种灵活的复位控制机制，能够满足不同系统的启动和复位需求。

（三）电源排序

在电源开启过程中，降压调节器和LDO的排序是可配置的。调节器可以在电源开启过程的三个不同点开启：上电事件后34ms、RST信号释放后或两者之间的两个固定点。复位延迟的总时间也可以通过配置进行调整（80ms、120ms、220ms、420ms）。此外，在电源开启序列中会监测SYS电压，如果检测到欠压情况，会根据CHGIN的电压情况进行相应处理，以确保系统的稳定供电。

（四）智能电源选择器

智能电源选择器能够将外部CHGIN输入的电源无缝分配到电池（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功率进行充电；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；当电池连接且没有外部电源输入时，系统由电池供电。这种智能的电源分配机制，能够充分利用电源资源，提高系统的续航能力。

（五）热电流调节

当芯片温度超过正常限制时，MAX14690会通过减少CHGIN的输入电流来尝试限制温度升高。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，将不再从CHGIN吸取输入电流，整个系统负载由电池供电。这种热保护机制能够确保芯片在高温环境下的安全运行。

（六）系统负载开关

当CHGIN上没有电压源时，内部80mW（典型值）的MOSFET会将SYS连接到BAT。当检测到CHGIN上有外部电源时，该开关会打开，SYS通过输入电流限制器从输入源获取电源。SYS到BAT的开关还可以防止Vsys在系统负载超过输入电流限制时低于 (V_{BAT})。如果VSYS由于电流限制而降至VBAT，负载开关会打开，使负载由电池支持。这种负载开关机制能够有效地保护系统和电池，确保系统在不同负载情况下的稳定运行。

（七）输入限制器

输入限制器负责将外部适配器的电源分配到系统负载和电池充电器。它不仅具有将电源传递到系统负载和充电器的主要功能，还具备多项额外功能，以优化可用电源的使用：

• 无效CHGIN电压保护：当CHGIN超过过压阈值时，MAX14690会进入过压锁定（OVL）状态，保护芯片和下游电路免受高达28V和低至 -5.5V的高压应力影响。在OVL期间，内部电路保持供电，并向主机发送中断信号，同时充电器关闭，系统负载开关闭合，允许电池为SYS供电。
• CHGIN输入电流限制：通过I2C控制CHGIN输入电流，防止输入过载。
• 热限制：当芯片温度超过正常限制（TCHG_LIM）时，会尝试通过减少CHGIN的输入电流来限制温度升高。如果结温继续上升并达到最大工作限制（TCHGIN_SHDN），将不再从CHGIN吸取输入电流，整个系统负载由电池供电。
• 自适应电池充电：当系统由CHGIN供电时，如果总负载超过输入电流限制，自适应充电器控制回路会减少充电电流，以防止VSYS崩溃。

（八）热敏电阻/JEITA监测与充电器关闭

MAX14690包含热敏电阻和JEITA监测功能，以增强锂离子电池充电时的安全性。通过测量电池组温度，可以根据不同的温度区域对充电器进行控制。当热敏电阻监测启用时，在温度低于T1或高于T3时，充电器将被禁用；当JEITA监测启用时，在温度低于T1或高于T4时，充电器将被禁用。这种温度监测和控制机制能够有效避免电池在异常温度下充电，延长电池寿命。

五、I²C接口与寄存器配置

（一）I²C接口概述

MAX14690使用两线I²C接口与主机微控制器进行通信。该接口支持最高400kHz的时钟频率，SCL和SDA需要连接上拉电阻到正电源。通过I²C接口，可以对MAX14690的各种配置设置和状态信息进行读写操作。

（二）I²C通信操作

• 单字节写入：主机发送起始条件、7位从机地址加写位、8位寄存器地址、8位数据位，最后发送停止条件。
• 突发写入：与单字节写入类似，但主机可以发送多个数据字节，从机设备会自动递增寄存器地址。
• 单字节读取：主机发送起始条件、7位从机地址加写位、8位寄存器地址，然后发送重复起始条件、7位从机地址加读位，从机发送8位数据，主机发送非应答位和停止条件。
• 突发读取：与单字节读取类似，但主机可以接收多个数据字节。

（三）寄存器配置

MAX14690的寄存器包括芯片ID、状态寄存器、中断寄存器、配置寄存器等。通过对这些寄存器的配置，可以实现对MAX14690的各种功能进行控制和监测。例如，通过配置ILimCntl寄存器可以设置CHGIN的输入电流限制；通过配置ChgCntlA寄存器可以控制充电器的自动停止、自动重启、充电阈值等功能。

六、应用领域与总结

MAX14690适用于多种应用领域，如可穿戴电子产品、健身监测器和便携式医疗设备等。其超低功耗、高度集成和灵活的配置选项，能够满足这些应用对电源管理的严格要求，延长设备的电池续航时间，提高系统的稳定性和可靠性。

在实际设计中，电子工程师可以根据具体的应用需求，合理配置MAX14690的各项参数和功能，充分发挥其优势。同时，通过对I²C接口和寄存器的操作，实现对电源管理的精确控制。相信MAX14690将为小型锂离子系统的电源管理提供一个优秀的解决方案。

各位工程师朋友们，你们在实际项目中是否也遇到过类似的电源管理问题呢？你们对MAX14690的应用有什么想法或经验分享吗？欢迎在评论区留言讨论！