MAX14745：小型鋰離子系統(tǒng)的理想電源管理解決方案

在當(dāng)今低功耗可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備蓬勃發(fā)展的時代，高性能且低功耗的電源管理解決方案變得尤為關(guān)鍵。Analog Devices推出的MAX14745，就是一款針對小型鋰離子系統(tǒng)的電源管理芯片（PMIC），它集成了多種功能，能夠幫助工程師優(yōu)化設(shè)備的功耗和性能。

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一、產(chǎn)品概述

MAX14745是一款適用于低功耗可穿戴應(yīng)用的電池充電管理解決方案。該設(shè)備集成了線性電池充電器、智能電源選擇器以及多個電源優(yōu)化的外設(shè)。它具有兩個超低靜態(tài)電流降壓調(diào)節(jié)器和三個超低靜態(tài)電流低壓差（LDO）線性調(diào)節(jié)器，最多可提供五路穩(wěn)壓輸出，每一路的靜態(tài)電流都極低，這使得設(shè)計人員能夠在24/7運行的設(shè)備中最小化功耗并延長電池壽命，例如可穿戴市場的各類設(shè)備。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）延長電池充電間隔時間

• 雙超低IQ降壓調(diào)節(jié)器
  • 輸出電壓可編程，Buck 1輸出范圍為0.8V至2.375V，Buck 2輸出范圍為0.8V至3.95V。
  • 靜態(tài)電流低至0.9μA（典型值，Buck 1），在輕載條件下也能有效降低功耗。
  • 可選固定峰值電流模式，可在對噪聲敏感的應(yīng)用中優(yōu)化紋波頻率。
• 三個超低IQ的100mA LDO
  • LDO1輸出可編程范圍為0.8V至3.6V，靜態(tài)電流低至0.6μA（典型值）。
  • LDO2/3輸出可編程范圍為0.9V至4V，靜態(tài)電流為1μA（典型值）。

（二）易于實現(xiàn)的鋰離子電池充電

• 智能電源選擇器：在連接電源時，即使電池沒電也能正常工作。同時，可根據(jù)I2C寄存器設(shè)置限制輸入電流，避免電源適配器過載。當(dāng)充電器電源無法滿足整個系統(tǒng)負載時，智能電源控制電路會從電池補充系統(tǒng)負載電流。
• 寬輸入電壓范圍：支持28V / -5.5V的耐受輸入，增強了設(shè)備的適應(yīng)性。
• 熱敏電阻監(jiān)測：支持溫度相關(guān)的充電電流，確保電池在安全的溫度范圍內(nèi)充電。

（三）高度集成化，減小解決方案尺寸

• 提供五路穩(wěn)壓軌：滿足設(shè)備不同部分對電源的需求，減少了外部元件的使用。
• LDO支持開關(guān)模式：可配置為電源開關(guān)，用于斷開系統(tǒng)外設(shè)的靜態(tài)負載。

（四）優(yōu)化系統(tǒng)控制

• 超低功耗模式監(jiān)測：通過監(jiān)測按鈕實現(xiàn)超低功耗模式。
• 上電復(fù)位延遲和電壓排序：確保設(shè)備上電過程的穩(wěn)定性。
• 片上電壓監(jiān)測多路復(fù)用器：方便對不同電壓進行監(jiān)測。

三、工作原理

（一）電源調(diào)節(jié)

MAX14745包含兩個高效、低靜態(tài)電流的降壓調(diào)節(jié)器和三個低靜態(tài)電流的線性調(diào)節(jié)器（可配置為電源開關(guān)）。降壓調(diào)節(jié)器在輕載時具有出色的效率，能夠持續(xù)運行而不會產(chǎn)生顯著的能量損耗。

（二）電源開關(guān)和復(fù)位控制

電源功能控制引腳（PFN1和PFN2）的行為預(yù)配置，支持多種可穿戴應(yīng)用場景。軟復(fù)位會在RST引腳產(chǎn)生一個10ms的邏輯低脈沖，并將所有寄存器復(fù)位為默認值；硬復(fù)位會啟動一個完整的上電復(fù)位序列，并在RST引腳產(chǎn)生一個50ms的邏輯低脈沖。

（三）電源排序

在電源開啟時，降壓調(diào)節(jié)器和LDO的啟動順序有多種配置選項。調(diào)節(jié)器可以配置為在電源開啟過程的四個時間點之一開啟：0% tRST、25% tRST、50% tRST和100% tRST。復(fù)位延遲tRST可通過BootCfg寄存器中的BootDly[1:0]設(shè)置為80ms、120ms、220ms或420ms。

（四）智能電源選擇器

智能電源選擇器能夠無縫地將外部CHGIN輸入的電源分配給電池（BAT）和系統(tǒng)（SYS）。當(dāng)系統(tǒng)負載需求小于輸入電流限制時，電池會利用輸入的剩余電源進行充電；當(dāng)系統(tǒng)負載需求超過輸入電流限制時，電池會為負載提供補充電流；當(dāng)僅連接電池而無外部電源輸入時，系統(tǒng)由電池供電。

（五）熱電流調(diào)節(jié)

當(dāng)芯片溫度超過正常限制時，MAX14745會嘗試通過減少來自CHGIN的輸入電流來限制溫度上升。在這種情況下，系統(tǒng)負載優(yōu)先于充電器電流，因此首先會降低充電電流。如果結(jié)溫繼續(xù)上升并達到最大工作限制，則不會從CHGIN汲取輸入電流，整個系統(tǒng)負載由電池供電。

四、I2C接口

MAX14745通過兩線I2C接口與主機微控制器進行通信。其從地址為0101000（寫操作地址為0x50，讀操作地址為0x51）。支持單字節(jié)寫入、突發(fā)寫入、單字節(jié)讀取和突發(fā)讀取等操作，數(shù)據(jù)傳輸通過確認位（ACK或NACK）進行確認。

五、應(yīng)用信息

（一）外部元件選擇

• 電感選擇：推薦使用2.2μH的電感。表36中列出了不同應(yīng)用場景下（追求最高效率或兼顧效率與尺寸）建議使用的電感。
• 輸出電容選擇：為了保證輸出電壓紋波小和調(diào)節(jié)環(huán)路穩(wěn)定，建議使用10μF的輸出電容（Buck ISet[3:0] = 150mA且Buck_IAdptEnb = 0時）。在不同的輸出電壓和負載電流情況下，可參考表37選擇最小允許的電容值。
• 輸入電容選擇：輸入電容用于減少從電池或輸入電源汲取的電流峰值，并降低IC的開關(guān)噪聲。建議使用具有低ESR的陶瓷電容，并確保其在溫度和直流偏置下保持穩(wěn)定的電容值。

（二）PCB布局和布線

由于開關(guān)頻率高和峰值電流大，PCB布局非常重要。良好的布局可以減少反饋路徑上的電磁干擾和接地平面的電壓梯度，避免導(dǎo)致不穩(wěn)定或調(diào)節(jié)誤差。應(yīng)將電感、輸入電容和輸出電容盡可能靠近連接，并保持它們的走線短、直且寬。同時，要將IC下方的兩個GND引腳直接連接到輸入和輸出電容的接地端，盡量縮短嘈雜走線（如LX節(jié)點）的長度。

六、總結(jié)

MAX14745憑借其豐富的功能、低功耗特性和高度集成化的設(shè)計，為小型鋰離子系統(tǒng)提供了一個優(yōu)秀的電源管理解決方案。無論是可穿戴設(shè)備還是其他對功耗和空間要求較高的應(yīng)用，MAX14745都能夠幫助工程師實現(xiàn)設(shè)備性能的優(yōu)化。不過在實際應(yīng)用中，工程師還需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇外部元件，并注意PCB布局和布線，以充分發(fā)揮該芯片的性能。你在使用過程中遇到過類似芯片的哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。