MAX17043/MAX17044：锂电池电量计的卓越之选

在手持和便携式设备的设计中，准确监测锂电池的电量状态至关重要。MAX17043/MAX17044作为超紧凑型、低成本的主机端电量计系统，为锂离子（Li+）电池的电量监测提供了出色的解决方案。本文将深入介绍MAX17043/MAX17044的特点、性能、工作原理以及应用示例，帮助电子工程师更好地了解和应用这两款产品。

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一、产品概述

MAX17043/MAX17044专为手持和便携式设备中的锂离子电池设计。其中，MAX17043适用于单节锂电池，而MAX17044则适用于双节2S电池组。它们采用了先进的ModelGauge™电池建模方案，能够在广泛变化的充放电曲线下连续跟踪电池的相对荷电状态（SOC）。与传统电量计不同，该算法无需电池重新学习周期和外部电流感测电阻，并且在应用中可以实现温度补偿，只需微控制器与设备进行最少的交互。

这两款IC可以位于系统侧，从而降低了电池的成本和供应链限制。测量和估计的容量数据集可以通过I2C接口访问。MAX17043/MAX17044提供0.4mm间距的9凸点UCSP™或2mm x 3mm、8引脚TDFN无铅封装。

二、产品特性

2.1 电量计配置

• 单节/双节电池支持：MAX17043适用于单节锂电池，MAX17044适用于双节2S电池组。
• 主机侧或电池侧电量监测：可根据实际应用需求灵活选择安装位置。

2.2 高精度电压测量

• MAX17043：在5.00V范围内，精度为±12.5mV。
• MAX17044：在10.00V范围内，精度为±30mV。

2.3 精确的相对容量计算

• ModelGauge算法：通过先进的算法准确计算相对容量（RSOC），无需测量偏移累积，也无需电池从满电到空电的重新学习。
• 无需感测电阻：减少了外部元件，降低了成本。

2.4 其他特性

• 低电量警告：提供外部警报/中断功能，当电池电量低时发出警告。
• 2线接口：方便与其他设备进行通信。
• 低功耗：延长电池续航时间。
• 小型封装：提供8引脚2mm x 3mm TDFN封装或0.4mm间距的9凸点UCSP封装，节省电路板空间。

三、电气特性

3.1 绝对最大额定值

参数	数值
CTG引脚相对于V_GND的电压	-0.3V至+12V
CELL引脚相对于V_GND的电压	-0.3V至+12V
其他引脚相对于V_GND的电压	-0.3V至+6V
工作温度范围	-40°C至+85°C
存储温度范围	-55°C至+125°C
引脚温度（仅TDFN焊接，10s）	+300°C
焊接温度（回流焊）	+260°C

3.2 推荐直流工作条件

电源电压范围为2.5V至4.5V，工作温度范围为-20°C至+70°C。

3.3 直流电气特性

包括有源电流、睡眠模式电流、时基精度、电压测量误差等参数，具体数值可参考文档中的表格。

3.4 2线接口电气特性

支持高达400kHz的SCL时钟频率，满足不同通信速率的需求。还规定了总线空闲时间、数据保持时间、数据建立时间等时序参数，确保通信的稳定性。

四、工作原理

4.1 ModelGauge算法

MAX17043/MAX17044使用复杂的电池模型来确定非线性锂离子电池的SOC。该模型有效地模拟了锂离子电池的内部动态，考虑了电池中化学反应和阻抗引起的时间效应。与传统的库仑计数器不同，该算法不会随着时间累积误差，避免了因电流感测偏移和电池自放电导致的SOC漂移问题。为了实现最佳性能，需要根据具体应用对MAX17043/MAX17044进行配置数据编程。

4.2 电量计性能

传统的基于库仑计数器的电量计由于电流感测测量中的偏移误差累积，会出现精度漂移问题。而MAX17043/MAX17044不依赖电流信息，因此不会受到漂移问题的影响。为了确定电量计的真实精度，需要对电池进行动态测试，而不仅仅是简单的循环测试。

4.3 IC上电和快速启动

• IC上电：当电池首次插入系统时，IC假设电池在前30分钟处于松弛状态，通过第一次A/D电压测量对SOC进行初步估计。随着时间的推移，由于电池未处于松弛状态引起的初始误差会逐渐消失。
• 快速启动：如果应用的上电序列噪声过大，导致IC对SOC的“首次猜测”引入过多误差，主机可以通过QSTRT引脚的上升沿或向MODE寄存器写入4000h来启动快速启动，以减少误差。

4.4 警报中断

当电池的SOC低于CONFIG寄存器地址0Dh处设置的预定义警报阈值时，MAX17043/MAX17044会触发中断，将ALRT引脚驱动为低电平，并将CONFIG寄存器中的ALRT位设置为逻辑1。主机软件需要将ALRT位写为逻辑0来清除中断。只有当SOC先上升到阈值以上，再下降到阈值以下时，才会再次触发中断。

4.5 睡眠模式

将SDA和SCL都保持为低电平可以使MAX17043/MAX17044进入睡眠模式，此时IC的所有操作停止，功耗大大降低。退出睡眠模式后，电量计操作将从停止的点继续。也可以通过I2C通信将CONFIG寄存器中的SLEEP位设置为逻辑1来进入睡眠模式，退出睡眠模式则需要将SLEEP位写为逻辑0或进行上电复位。

4.6 上电复位（POR）

向COMMAND寄存器写入0054h可以使MAX17043/MAX17044完全复位，就像电源被移除一样。复位在最后一位时钟信号输入后发生，IC在该命令序列后不会返回I2C ACK。

五、寄存器介绍

MAX17043/MAX17044有六个16位寄存器，分别是SOC、VCELL、MODE、VERSION、CONFIG和COMMAND。所有与主机的交互都通过对这些寄存器的读写操作来完成。

5.1 VCELL寄存器

用于报告电池电压的12位A/D测量结果。MAX17043的测量范围为0至5.00V，分辨率为1.25mV；MAX17044的测量范围为0至10.00V，分辨率为2.50mV。A/D在IC上电复位后125ms内计算平均电池电压，之后每个周期为500ms。退出睡眠模式后，VCELL寄存器需要500ms来更新。

5.2 SOC寄存器

只读寄存器，显示通过ModelGauge算法计算的电池SOC结果，以电池满容量的百分比表示。该寄存器会自动适应电池尺寸的变化，因为MAX17043/MAX17044能够自然识别相对SOC。首次更新在IC上电复位后250ms内发生，后续更新间隔根据应用条件而定。

5.3 MODE寄存器

允许主机处理器向IC发送特殊命令，目前只有4000h对应快速启动命令。

5.4 VERSION寄存器

只读寄存器，包含MAX17043/MAX17044的生产版本信息。

5.5 CONFIG寄存器

用于补偿ModelGauge算法，控制警报中断功能，并通过软件将IC强制进入睡眠模式。CONFIG是一个8位值，可以根据不同的锂化学物质或不同的工作温度进行调整，以优化IC性能。

5.6 COMMAND寄存器

允许主机处理器向IC发送特殊命令，目前只有0054h对应上电复位命令。

六、应用示例

MAX17043/MAX17044有多种配置，适用于不同的应用场景。以下是一些常见的系统配置和引脚连接方式：	系统配置	IC	V_DD	ALRT	QSTRT
1S电池组侧位置	MAX17043	直接从电池供电	不连接	连接到GND
1S主机侧位置	MAX17043	直接从电池供电	不连接	连接到GND
1S主机侧位置，低电量中断	MAX17043	直接从电池供电	连接到系统中断	连接到GND
1S主机侧位置，硬件快速启动	MAX17043	直接从电池供电	不连接	连接到上升沿复位信号
2S电池组侧位置	MAX17044	从电池组中的+2.5V至+4.5V LDO供电	不连接	连接到GND
2S主机侧位置	MAX17044	从+2.5V至+4.5V LDO或PMIC供电	不连接	连接到GND
2S主机侧位置，低电量中断	MAX17044	从+2.5V至+4.5V LDO或PMIC供电	连接到系统中断	连接到GND
2S主机侧位置，硬件快速启动	MAX17044	从+2.5V至+4.5V LDO或PMIC供电	不连接	连接到上升沿复位信号

6.1 MAX17043应用示例

图6展示了一个1S电池组的应用示例。MAX17043安装在系统侧，直接由电池组供电。VDD和CELL上的外部RC网络用于对IC电源和A/D测量进行噪声滤波。ALRT引脚连接到微处理器的中断输入，以便在电池电量低时发出信号。QSTRT引脚未使用，连接到GND。

6.2 MAX17044应用示例

图7展示了一个2S电池组的应用示例。MAX17044安装在系统侧，由系统生成的3.3V电源供电。CELL引脚通过外部噪声滤波器直接连接到PACK+。ALRT引脚未连接，因为该应用中未使用中断功能。上电后，系统看门狗在QSTRT引脚上产生一个低到高的转换，以信号MAX17044执行快速启动。

七、2线总线系统

7.1 总线操作

2线总线系统支持作为仅从设备在单从或多从、单主或多主系统中运行。从设备可以通过唯一设置7位从地址来共享总线。2线接口由串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）组成，提供MAX17043/MAX17044从设备与主设备之间的双向通信，速度可达400kHz。

7.2 位传输

每个SCL时钟周期传输一个数据位，SDA逻辑电平在SCL时钟脉冲的高电平期间必须保持稳定。SCL为高电平时，SDA的任何变化都被解释为START或STOP控制信号。

7.3 总线空闲

当没有主设备控制时，总线处于空闲状态，SDA和SCL都保持高电平。STOP条件是使总线返回空闲状态的正确方法。

7.4 START和STOP条件

主设备通过在SCL为高电平时将SDA从高电平转换为低电平来发起START条件（S），开始一个事务。主设备通过在SCL为高电平时将SDA从低电平转换为高电平来终止STOP条件（P）。重复START条件（Sr）可以在不使总线返回空闲状态的情况下终止一个事务并开始另一个事务。

7.5 确认位

每个数据字节的传输都通过确认位（A）或无确认位（N）进行确认。主设备和MAX17043从设备都会生成确认位。通过监测确认位可以检测数据传输是否成功。如果接收设备忙或系统发生故障，可能会导致数据传输失败，此时总线主设备应重新尝试通信。

7.6 数据顺序

一个字节的数据由8位组成，最高有效位（MSb）在前。每个字节的最低有效位（LSb）后面跟着确认位。由多字节值组成的MAX17043/MAX17044寄存器也是MSb在前，多字节寄存器的MSb存储在偶数数据内存地址中。

7.7 从地址

总线主设备通过发出START条件，然后发送从地址（SAddr）和读/写（R/W）位来启动与从设备的通信。MAX17043/MAX17044的7位从地址固定为6Ch（写）/6Dh（读）。R/W位决定了后续字节的数据传输方向，R/W = 0表示写事务，R/W = 1表示读事务。

7.8 总线时序

MAX17043/MAX17044与高达400kHz的任何总线时序兼容，无需特殊配置即可在任何速度下运行。

7.9 2线命令协议

命令协议涉及多种事务格式，包括基本的写和读事务，以及写数据和读数据协议。每个命令格式中的所有字节都需要从设备或主机返回确认位后才能继续下一个字节。

八、总结

MAX17043/MAX17044以其先进的ModelGauge算法、高精度的电压测量、低功耗等特点，为锂离子电池的电量监测提供了可靠的解决方案。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求选择合适的配置和引脚连接方式，通过2线总线系统与主机进行通信。同时，了解寄存器的功能和操作方法，能够更好地实现电量计的各种功能。你在使用MAX17043/MAX17044的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。