深入解析MAX14690：低功耗可穿戴設備的理想電源管理解決方案

在當今的電子設備市場中，可穿戴設備、健身監(jiān)測器以及便攜式醫(yī)療設備等小型鋰離子系統(tǒng)對電源管理的要求越來越高。既要保證設備的長續(xù)航能力，又要實現(xiàn)高效穩(wěn)定的電源供應。Maxim Integrated推出的MAX14690電源管理集成電路（PMIC），正是滿足這些需求的理想選擇。今天，我們就來深入了解一下這款MAX14690。

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一、產(chǎn)品概述

MAX14690是一款專為低功耗可穿戴應用設計的電池充電管理解決方案。它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)化外設，能夠為小型鋰離子系統(tǒng)提供高效、穩(wěn)定的電源管理。該器件具有兩個超低功耗降壓調(diào)節(jié)器和三個超低功耗低壓差（LDO）線性調(diào)節(jié)器，總共可提供多達五種穩(wěn)壓電壓，且每種電壓的靜態(tài)電流極低，這對于24/7運行的設備（如可穿戴市場中的設備）的電池壽命至關重要。

二、關鍵特性與優(yōu)勢

（一）延長電池充電間隔時間

• 雙超低IQ 200mA降壓調(diào)節(jié)器：典型靜態(tài)電流僅為0.9μA，輸出電壓可在0.8V至1.8V和1.5V至3.3V之間編程，支持自動突發(fā)或強制PWM模式，能夠在不同負載情況下實現(xiàn)高效的電源轉(zhuǎn)換。
• 三個超低IQ 100mA LDO：典型靜態(tài)電流為0.6μA，輸出電壓可在0.8V至3.6V之間編程，輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，且每個LDO都有專用輸入引腳，為系統(tǒng)提供了靈活的電源配置選項。

（二）易于實現(xiàn)的鋰離子電池充電

• 智能電源選擇器：允許在連接電源時對沒電的電池進行操作，同時通過I2C寄存器設置限制輸入電流，避免電源適配器過載。當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的輸入電壓，并且具備熱敏電阻監(jiān)測功能，可實時監(jiān)測電池溫度，確保充電安全。

（三）高度集成，減小解決方案尺寸

• 提供五路穩(wěn)壓軌：MAX14690集成了多個調(diào)節(jié)器，能夠同時為系統(tǒng)的不同部分提供穩(wěn)定的電源，減少了外部元件的使用，從而減小了整體解決方案的尺寸。
• LDO開關模式選項：每個LDO調(diào)節(jié)器都可以配置為電源開關，用于斷開系統(tǒng)外設的靜態(tài)負載，進一步優(yōu)化電源管理。

（四）優(yōu)化系統(tǒng)控制

• 超低功耗模式監(jiān)測：通過監(jiān)測按鈕輸入，可使設備進入超低功耗模式，延長電池續(xù)航時間。
• 上電復位延遲和電壓排序：提供延遲復位信號和電壓排序功能，確保系統(tǒng)在啟動時能夠按照正確的順序進行初始化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 片上電壓監(jiān)測多路復用器：方便對系統(tǒng)中的多個電壓進行監(jiān)測和管理。

三、電氣特性詳解

（一）全局電源電流

在不同的工作模式下，MAX14690的電源電流表現(xiàn)出色。例如，在充電器輸入電流方面，當所有功能禁用時，典型值僅為0.26mA；而在電源開啟且處于特定工作模式下，電流也能保持在合理范圍內(nèi)。在電池輸入電流方面，不同的工作狀態(tài)下，電流值也有所不同，如在電源關閉且SYS開關斷開時，典型值為0.95μA。

（二）降壓調(diào)節(jié)器

• 降壓調(diào)節(jié)器1：輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，輸出電壓可在0.8V至1.8V之間以25mV的步長進行編程。在突發(fā)模式下，靜態(tài)電源電流典型值為0.915μA，輸出精度可達±2.9%，負載調(diào)節(jié)性能良好，最大輸出電流可達200mA。
• 降壓調(diào)節(jié)器2：輸入電壓同樣為2.7V至5.5V，輸出電壓在1.5V至3.3V之間以50mV的步長編程。其性能與降壓調(diào)節(jié)器1類似，能夠為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源輸出。

（三）LDO調(diào)節(jié)器

LDO調(diào)節(jié)器的輸入電壓范圍根據(jù)不同的模式有所不同，在LDO_Mode = 0時為2.7V至5.5V，LDO_Mode = 1時為1.8V至5.5V。典型靜態(tài)電源電流為0.56μA，最大輸出電流為100mA，輸出電壓可在0.8V至3.6V之間編程，輸出精度可達±3%，能夠滿足系統(tǒng)對不同電壓的需求。

（四）充電相關特性

• 充電輸入電壓范圍：CHGIN輸入電壓范圍為 -5.5V至28V，允許的BAT電壓范圍為0V至5.5V。同時，還具備CHGIN檢測閾值、過壓閾值等保護機制，確保充電過程的安全可靠。
• 充電電流設置：通過外部電阻連接SET到GND來設置快速充電電流，預充電和充電終止電流可通過I2C寄存器編程為該值的百分比?？焖俪潆婋娏麟娮杩筛鶕?jù)公式 (R{SET}=K{SET} × V{SET} / I{FChg}) 進行計算，其中 (K{SET}) 典型值為2000A/A，(V{SET}) 典型值為1V，(R_{SET}) 的可接受范圍為4kΩ至400kΩ。

四、功能模塊分析

（一）電源調(diào)節(jié)

MAX14690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，這些調(diào)節(jié)器還可配置為電源開關。降壓調(diào)節(jié)器的標準工作模式為突發(fā)模式，但也可以通過I2C寄存器強制工作在PWM模式。這種靈活的工作模式選擇，能夠在不同負載情況下實現(xiàn)高效的電源轉(zhuǎn)換，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（二）電源開關與復位控制

電源功能控制引腳（PFN1和PFN2）的行為預配置為支持多種可穿戴應用場景。通過PwrRstCfg[3:0]位可以設置不同的工作模式，如開/關模式、始終開啟模式等。軟復位會重置所有寄存器值并拉低RST線，硬復位則會啟動完整的上電復位序列。這種靈活的復位控制機制，能夠滿足不同系統(tǒng)的啟動和復位需求。

（三）電源排序

在電源開啟過程中，降壓調(diào)節(jié)器和LDO的排序是可配置的。調(diào)節(jié)器可以在電源開啟過程的三個不同點開啟：上電事件后34ms、RST信號釋放后或兩者之間的兩個固定點。復位延遲的總時間也可以通過配置進行調(diào)整（80ms、120ms、220ms、420ms）。此外，在電源開啟序列中會監(jiān)測SYS電壓，如果檢測到欠壓情況，會根據(jù)CHGIN的電壓情況進行相應處理，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。

（四）智能電源選擇器

智能電源選擇器能夠?qū)⑼獠緾HGIN輸入的電源無縫分配到電池（BAT）和系統(tǒng)（SYS）。當系統(tǒng)負載需求小于輸入電流限制時，電池會利用輸入的剩余功率進行充電；當系統(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；當電池連接且沒有外部電源輸入時，系統(tǒng)由電池供電。這種智能的電源分配機制，能夠充分利用電源資源，提高系統(tǒng)的續(xù)航能力。

（五）熱電流調(diào)節(jié)

當芯片溫度超過正常限制時，MAX14690會通過減少CHGIN的輸入電流來嘗試限制溫度升高。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，將不再從CHGIN吸取輸入電流，整個系統(tǒng)負載由電池供電。這種熱保護機制能夠確保芯片在高溫環(huán)境下的安全運行。

（六）系統(tǒng)負載開關

當CHGIN上沒有電壓源時，內(nèi)部80mW（典型值）的MOSFET會將SYS連接到BAT。當檢測到CHGIN上有外部電源時，該開關會打開，SYS通過輸入電流限制器從輸入源獲取電源。SYS到BAT的開關還可以防止Vsys在系統(tǒng)負載超過輸入電流限制時低于 (V_{BAT})。如果VSYS由于電流限制而降至VBAT，負載開關會打開，使負載由電池支持。這種負載開關機制能夠有效地保護系統(tǒng)和電池，確保系統(tǒng)在不同負載情況下的穩(wěn)定運行。

（七）輸入限制器

輸入限制器負責將外部適配器的電源分配到系統(tǒng)負載和電池充電器。它不僅具有將電源傳遞到系統(tǒng)負載和充電器的主要功能，還具備多項額外功能，以優(yōu)化可用電源的使用：

• 無效CHGIN電壓保護：當CHGIN超過過壓閾值時，MAX14690會進入過壓鎖定（OVL）狀態(tài)，保護芯片和下游電路免受高達28V和低至 -5.5V的高壓應力影響。在OVL期間，內(nèi)部電路保持供電，并向主機發(fā)送中斷信號，同時充電器關閉，系統(tǒng)負載開關閉合，允許電池為SYS供電。
• CHGIN輸入電流限制：通過I2C控制CHGIN輸入電流，防止輸入過載。
• 熱限制：當芯片溫度超過正常限制（TCHG_LIM）時，會嘗試通過減少CHGIN的輸入電流來限制溫度升高。如果結(jié)溫繼續(xù)上升并達到最大工作限制（TCHGIN_SHDN），將不再從CHGIN吸取輸入電流，整個系統(tǒng)負載由電池供電。
• 自適應電池充電：當系統(tǒng)由CHGIN供電時，如果總負載超過輸入電流限制，自適應充電器控制回路會減少充電電流，以防止VSYS崩潰。

（八）熱敏電阻/JEITA監(jiān)測與充電器關閉

MAX14690包含熱敏電阻和JEITA監(jiān)測功能，以增強鋰離子電池充電時的安全性。通過測量電池組溫度，可以根據(jù)不同的溫度區(qū)域?qū)Τ潆娖鬟M行控制。當熱敏電阻監(jiān)測啟用時，在溫度低于T1或高于T3時，充電器將被禁用；當JEITA監(jiān)測啟用時，在溫度低于T1或高于T4時，充電器將被禁用。這種溫度監(jiān)測和控制機制能夠有效避免電池在異常溫度下充電，延長電池壽命。

五、I2C接口與寄存器配置

（一）I2C接口概述

MAX14690使用兩線I2C接口與主機微控制器進行通信。該接口支持最高400kHz的時鐘頻率，SCL和SDA需要連接上拉電阻到正電源。通過I2C接口，可以對MAX14690的各種配置設置和狀態(tài)信息進行讀寫操作。

（二）I2C通信操作

• 單字節(jié)寫入：主機發(fā)送起始條件、7位從機地址加寫位、8位寄存器地址、8位數(shù)據(jù)位，最后發(fā)送停止條件。
• 突發(fā)寫入：與單字節(jié)寫入類似，但主機可以發(fā)送多個數(shù)據(jù)字節(jié)，從機設備會自動遞增寄存器地址。
• 單字節(jié)讀取：主機發(fā)送起始條件、7位從機地址加寫位、8位寄存器地址，然后發(fā)送重復起始條件、7位從機地址加讀位，從機發(fā)送8位數(shù)據(jù)，主機發(fā)送非應答位和停止條件。
• 突發(fā)讀取：與單字節(jié)讀取類似，但主機可以接收多個數(shù)據(jù)字節(jié)。

（三）寄存器配置

MAX14690的寄存器包括芯片ID、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器、配置寄存器等。通過對這些寄存器的配置，可以實現(xiàn)對MAX14690的各種功能進行控制和監(jiān)測。例如，通過配置ILimCntl寄存器可以設置CHGIN的輸入電流限制；通過配置ChgCntlA寄存器可以控制充電器的自動停止、自動重啟、充電閾值等功能。

六、應用領域與總結(jié)

MAX14690適用于多種應用領域，如可穿戴電子產(chǎn)品、健身監(jiān)測器和便攜式醫(yī)療設備等。其超低功耗、高度集成和靈活的配置選項，能夠滿足這些應用對電源管理的嚴格要求，延長設備的電池續(xù)航時間，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

在實際設計中，電子工程師可以根據(jù)具體的應用需求，合理配置MAX14690的各項參數(shù)和功能，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。同時，通過對I2C接口和寄存器的操作，實現(xiàn)對電源管理的精確控制。相信MAX14690將為小型鋰離子系統(tǒng)的電源管理提供一個優(yōu)秀的解決方案。

各位工程師朋友們，你們在實際項目中是否也遇到過類似的電源管理問題呢？你們對MAX14690的應用有什么想法或經(jīng)驗分享嗎？歡迎在評論區(qū)留言討論！