MAX14750：空间受限电池供电应用的理想电源管理方案

MAX14720/MAX14750：空间受限电池供电应用的理想电源管理方案

一、引言

在当今电子设备小型化与低功耗的发展趋势下，电池供电的便携式设备对电源管理方案提出了更高要求。Analog Devices推出的MAX14720/MAX14750电源管理解决方案，专为空间受限、对尺寸和效率要求苛刻的应用而设计，在可穿戴医疗设备、可穿戴健身设备以及便携式医疗设备等领域具有广阔应用前景。

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二、产品概述

（一）整体功能

MAX14720/MAX14750是高度集成的电源管理解决方案，集成了电源开关、线性调节器、降压调节器和升降压调节器，能为系统提供稳定、高效的电源输出。

（二）器件差异

• MAX14720：作为主要电源管理器件，适用于不可充电电池（如纽扣电池、双碱性电池）应用，或电池可拆卸且单独充电的可充电解决方案。它包含按钮监视器和定序器。
• MAX14750：在可充电应用中作为充电器或电源管理集成电路（PMIC）的配套器件。它提供每个功能的直接引脚控制，在控制定序方面具有更大灵活性。

三、产品优势与特性

（一）延长系统电池使用时间

1. 微IQ 250mW升降压调节器：输入电压范围为1.8V至5.5V，输出电压可在2.5V至5V之间编程，静态电流仅1.1µA，还具备可编程电流限制功能。
2. 微IQ 200mA降压调节器：输入电压范围同样是1.8V至5.5V，输出电压可在1.0V至2.0V之间编程，静态电流为0.9µA。
3. 微$I_{Q}$ 100mA LDO：输入电压范围从1.71V至5.5V，输出可在0.9V至4.0V之间编程，静态电流0.9µA，还可配置为负载开关。

（二）延长产品保质期

1. 电池密封模式（MAX14720）：电池电流仅120nA，极大降低了电池的自放电。
2. 电源开关导通电阻：在2.7V时最大为250mΩ，在1.8V时最大为500mΩ，减少了电源损耗。
3. 电池阻抗检测器：可实时监测电池状态，为电池管理提供依据。

（三）易于实现的系统控制

1. 可配置电源模式和复位行为（MAX14720）：支持按钮监测以启用超低功耗运输模式，能将所有负载与电池断开，并将泄漏电流降低到小于1µA。还具备上电复位（POR）延迟和电压定序功能。
2. 独立使能引脚（MAX14750）：方便用户对各个功能进行独立控制。
3. 电压监视器多路复用器：可对每个功能的电源输入和输出进行监测。
4. I²C控制接口：便于与主机微控制器进行通信，实现对器件的配置和状态监测。

四、电气特性

（一）电源电流

不同工作模式下，如密封输入电流、关断输入电流、开关输入电流等，其电流值均有明确的参数范围。例如，密封输入电流在密封模式且所有功能禁用时，典型值为0.12µA，最大值为1µA。

（二）电源定序

• 启动时间：MAX14720的启动时间典型值为11ms，MAX14750为24ms。
• 复位时间：MAX14720的复位时间典型值为80ms。

（三）各模块特性

1. 电源开关：输入电压范围为1.8V至5.5V，具备低静态电源电流、低导通电阻、最大输出电流限制、开启时间、短路电流限制等特性。
2. 升降压转换器：输入电压范围1.8V至5.5V，具有低静态电源电流、最小输入电压启动值、最大输出工作功率、输出电压精度、线路和负载调节误差等参数。
3. 降压转换器：输入电压范围1.8V至5.5V，各项性能指标与升降压转换器类似，在输出电压、精度、调节误差等方面有具体参数。
4. LDO：输入电压范围因工作模式而异，在不同条件下有不同的静态电源电流、最大输出电流、输出电压精度、压降等参数。
5. 电池阻抗测量：涵盖SWOUT允许的电源范围、UVLO阈值、VCC阻抗测试电流范围和精度、VCC输入分压器电阻、可测量的VCC电压范围、分辨率、测量精度以及电压转换时间等参数。
6. 监视器多路复用器：不同通道的开关电阻、BBM时间、下拉电阻等参数明确。
7. UVLO/POR：输入电压范围为1.8V至5.5V，规定了不同引脚的UVLO阈值上升和下降值以及POR的上升和下降值。
8. 数字信号：对输入逻辑高、输入逻辑低、输出逻辑低、SCL时钟频率、KIN上拉电阻、总线空闲时间、各种条件的保持时间和设置时间等都有详细的参数要求。

五、典型工作特性

从文档中的图表可以看出，这些特性能够直观地展示器件在不同电压和温度下的总静态电流变化情况，以及各模块在不同负载条件下的输出电压、效率和瞬态响应等。例如，总静态电流与VCC和温度的关系曲线，能帮助工程师了解器件在不同工作环境下的功耗情况；降压和升降压转换器在不同负载下的效率曲线，可指导工程师选择合适的工作点以提高系统效率。

六、引脚配置与功能

MAX14720和MAX14750采用25-bump、0.4mm pitch、2.26mm x 2.14mm晶圆级封装（WLP）。文档详细给出了每个引脚的功能和用途，以及在电路设计中需要注意的电容配置。例如，A1引脚为降压调节器输入（必须连接到板上的HVIN），需要通过一个1µF的电容器旁路到GND，这些信息对于正确的电路设计至关重要。

七、详细工作原理

（一）电源调节

• 器件包含的开关调节器采用突发模式工作，能在轻载时提供出色的效率，同时允许开关调节器连续运行而不会产生显著的能量损耗。
• 升降压调节器适用于需要电池供电时持续保持电压的应用，还可在电流限制模式下工作，以减少对电源的电流浪涌。

（二）UVLO

除了内部上电复位（POR）电路外，器件还具备两个UVLO电路，分别监测BIN和LIN引脚的电压，确保输入电压足以保证正常工作。用户可以通过UVLOCfg寄存器选择使用哪个UVLO，以降低静态电流。

（三）输出放电

调节器包含放电电路，有主动放电和被动放电两种方式。主动放电在硬复位期间或器件进入关断/密封模式的10ms内启用，也可在调节器禁用时通过寄存器位在开启状态下激活；被动放电在GlbPasDsc位设置时在关断/密封模式下应用，也可在调节器禁用时通过寄存器位在开启状态下应用。

（四）电源开/关和复位控制

• MAX14750为每个主要功能提供独立的使能引脚，而MAX14720包含按钮监视器和定序控制器。
• 当器件开始关机过程时，复位信号被拉低，所有功能被禁用，输出被主动放电，10ms后进入关断状态（密封模式），此时除了电源按钮监视器外所有功能均被禁用。

（五）电源定序

电压调节器在上电时的定序是可配置的，每个调节器可以在四个不同的点开启，并且复位延迟时间可在80ms、120ms、220ms和420ms中进行配置。此外，调节器可以预先选择默认关闭，并在复位释放后通过I²C命令开启。

（六）电池阻抗测量（仅适用于MAX14720且启用BatZUVLO）

MAX14720包含测量电源阻抗的电路。测量时，SWIN必须连接到VCC，电池侧不能有电容器，所有负载从电源开关输出获取电源。在测量过程中，阻抗测量电路会打开电源开关，记录施加电流负载前后开关输入的电压。如果SWOUT电压低于SWOUT UVLO阈值，电池测量将立即中止，电源开关关闭。

（七）I²C接口

器件使用两线I²C接口与主机微控制器通信，通过该接口可以进行配置设置和状态信息的传输。文档详细介绍了I²C接口的操作流程，包括开始、停止和重复开始条件，以及单字节写入、突发写入、单字节读取和突发读取等操作的具体步骤，同时还说明了确认位的产生和作用。

八、典型应用电路

文档给出了多种典型应用电路，如锂纽扣电池应用、可移动锂离子可充电应用、常开纽扣电池应用和配套锂离子可充电应用等。这些电路为工程师在实际设计中提供了参考，帮助他们根据不同的应用需求选择合适的电路配置。

九、订购信息与芯片信息

（一）订购信息

提供了MAX14720和MAX14750不同型号的订购信息，包括温度范围和引脚封装等，方便用户根据实际需求进行选择。

（二）芯片信息

芯片采用BiCMOS工艺，为工程师了解芯片的制造工艺和性能特点提供了参考。

十、总结与思考

MAX14720/MAX14750以其高度集成的功能、出色的性能和灵活的配置，为空间受限的电池供电应用提供了优秀的电源管理解决方案。在实际设计中，工程师可以根据具体的应用需求，如电池类型、负载要求、功耗限制等，合理选择器件和配置参数。同时，通过对电池阻抗测量、电源定序等功能的灵活运用，可以进一步提高系统的性能和可靠性。大家在使用MAX14720/MAX14750的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。