MAX14745：小型鋰離子系統的理想電源管理解決方案

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

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一、產品概述

MAX14745是一款適用于低功耗可穿戴應用的電池充電管理解決方案。該設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化的外設。它具有兩個超低靜態電流降壓調節器和三個超低靜態電流低壓差（LDO）線性調節器，最多可提供五路穩壓輸出，每一路的靜態電流都極低，這使得設計人員能夠在24/7運行的設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備。

二、關鍵特性與優勢

（一）延長電池充電間隔時間

• 雙超低IQ降壓調節器
  • 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用中優化紋波頻率。
• 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，靜態電流為1μA（典型值）。

（二）易于實現的鋰離子電池充電

• 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負載時，智能電源控制電路會從電池補充系統負載電流。
• 寬輸入電壓范圍：支持28V / -5.5V的耐受輸入，增強了設備的適應性。
• 熱敏電阻監測：支持溫度相關的充電電流，確保電池在安全的溫度范圍內充電。

（三）高度集成化，減小解決方案尺寸

• 提供五路穩壓軌：滿足設備不同部分對電源的需求，減少了外部元件的使用。
• LDO支持開關模式：可配置為電源開關，用于斷開系統外設的靜態負載。

（四）優化系統控制

• 超低功耗模式監測：通過監測按鈕實現超低功耗模式。
• 上電復位延遲和電壓排序：確保設備上電過程的穩定性。
• 片上電壓監測多路復用器：方便對不同電壓進行監測。

三、工作原理

（一）電源調節

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

（二）電源開關和復位控制

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

（三）電源排序

在電源開啟時，降壓調節器和LDO的啟動順序有多種配置選項。調節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。復位延遲tRST可通過BootCfg寄存器中的BootDly[1:0]設置為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（SYS）。當系統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；當系統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；當僅連接電池而無外部電源輸入時，系統由電池供電。

（五）熱電流調節

當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，系統負載優先于充電器電流，因此首先會降低充電電流。如果結溫繼續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）。支持單字節寫入、突發寫入、單字節讀取和突發讀取等操作，數據傳輸通過確認位（ACK或NACK）進行確認。

五、應用信息

（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節環路穩定，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定的電容值。

（二）PCB布局和布線

由于開關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，避免導致不穩定或調節誤差。應將電感、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節點）的長度。

六、總結

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