中心議題：

• Li+電池供電設備的內部設計
• 穩壓器的合理設計

解決方案：

• 內部電池充電器管理
• 從USB端取電
• 芯片內部熱管理

任何便攜電子係統都要求低成本、小尺寸
、輕便。而為板上子係統設計電池充電及供電電路時，用電源管理IC可以方便地實現上述功能。這類的器件有很多，比如Maxim公司的MAX8671X，其可以從USB口或外部交流適配器獲取電源，為鋰離子或鋰聚合物電池充電。除了充電功能外，該器件內部還集成了用於USB和直流輸入的過壓保護開關
，5路獨立的片上穩壓器
，這一組合大大減少了電路板的外部元件數量。

因為MAX8671X可以無縫管理USB和交流適配器電源，使得製造商能夠省去AC/DC牆上適配器充電零配件
，從而降低了係統成本。其集成了眾多功能：電池充電器、適配器-USB-電池開關
、係統電壓調節以及各種檢測功能（見圖1）。5路獨立的集成穩壓器(3路2MHz開關降壓型調節器，效率高達96%；2路低靜態電流的線性穩壓器)可以為多個子係統提供高效供電。


圖1MAX8671X內部結構

高度集成減少電源切換造成的混亂

MAX8671XPMIC集成了DC/USB輸入過壓保護、單節Li+電池充電器以及電池和外部電源之間負載切換所需的功率開關。集成開關和調節器可以省去外部MOSFET以及雜亂的電壓檢測器

、電流檢測電阻

、比較器

、定時器以及其他常見的用於電源監測和切換的分立元件。

MAX8671X的智能電源選擇器(SmartPowerSelector)能夠在外部輸入
、電池和係統負載之間無縫切換(見圖2)，選擇器操作如下。


圖2智能電源選擇器控製功率開關MOSFET(Q3)

1當兩個外部電源(USB或交流適配器)與電池連接時
，如果係統(SYS)負載電流小於輸入電流的限製，輸入電源在保證係統供電的前提下為電池充電。如果係統負載超過了輸入電流限製，電池可以補充SYS負載電流(ISYS)供電不足的部分，避免出現複位。

2如果係統隻連接了電池，沒有連接外部電源，係統由電池供電。

3如果連接了外部電源，沒有連接電池，係統將由外部輸入電源供電。
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某些情況下，適配器或USB所能提供的電流可能不足以支持係統的峰值負載。為了解決這個問題，當係統負載峰值超出所選擇的輸入電流限製或在DC或USB輸入端沒有連接電源時，集成的低RDSONMOSFET在內部將電池連接到SYS引yin腳jiao
，有you電dian池chi為wei負fu載zai供gong電dian。如ru果guo係xi統tong負fu載zai連lian續xu超chao出chu輸shu入ru電dian流liu的de限xian製zhi，即ji使shi連lian接jie了le外wai部bu電dian源yuan也ye不bu會hui給gei電dian池chi充chong電dian。通tong常chang情qing況kuang下xia
，隻zhi在zai峰feng值zhi負fu載zai瞬shun間jian才cai會hui發fa生sheng重zhong載zai情qing況kuang
，這zhe種zhong情qing況kuang在zai大da部bu分fen設she計ji中zhong不bu會hui存cun在zai太tai久jiu。出chu現xian峰feng值zhi負fu載zai期qi間jian，電dian池chi將jiang給gei係xi統tong供gong電dian
；其他時間
，電池充電。

除了給電池充電，MAX8671X通過SYS輸出和多個內部穩壓器給係統供電。IC的充電電流同樣取自SYS節點。當然，輸入電流門限控製了總體SYS電流(比如，ISYS和電池充電電流之和)。

SYS可由DC或USB輸入引腳供電(如果沒有連接外部電源時則由電池供電)。如果DC和USB都連接了電源，優先選擇DC輸入供電。設計人員可以選擇USB和交流適配器作為MAX8671X的輸入電源
，也可以選擇兩者之一供電。邏輯輸入PEN1和PEN2用來選擇雙輸入、單輸入的正確限流。DC輸入電流門限可調至1A，DC和USB輸入都支持100mA、500mA和USB掛起模式。

合理設計穩壓器以延長電池使用壽命

MAX8671X內部的5路(lu)高(gao)效(xiao)穩(wen)壓(ya)器(qi)都(dou)具(ju)有(you)低(di)功(gong)耗(hao)特(te)性(xing)，可(ke)有(you)效(xiao)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。除(chu)了(le)重(zhong)載(zai)情(qing)況(kuang)下(xia)保(bao)持(chi)高(gao)效(xiao)外(wai)，穩(wen)壓(ya)器(qi)在(zai)輕(qing)負(fu)載(zai)時(shi)也(ye)可(ke)以(yi)保(bao)持(chi)較(jiao)高(gao)效(xiao)率(lv)
，從(cong)而(er)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)。因(yin)為(wei)子(zi)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)時(shi)可(ke)能(neng)有(you)幾(ji)百(bai)毫(hao)安(an)的(de)峰(feng)值(zhi)負(fu)載(zai)，而(er)大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)遠(yuan)遠(yuan)低(di)於(yu)這(zhe)一(yi)數(shu)值(zhi)。因(yin)此(ci)在(zai)這(zhe)樣(yang)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)中(zhong)

，針(zhen)對(dui)平(ping)時(shi)較(jiao)低(di)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)，而(er)不(bu)是(shi)優(you)化(hua)在(zai)最(zui)高(gao)負(fu)載(zai)，有(you)助(zhu)於(yu)進(jin)一(yi)步(bu)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。

很多便攜式係統多數時間處於“睡眠”狀態。如果穩壓器隻是在滿負荷時具有高效(>90%)，而在空閑模式下效率較低(<60%)
，這種穩壓器可能會很快耗盡電池能量。MAX8671X穩壓器有效解決了這一問題
，在重載(可為係統負載提供最大425mA)下效率可達96%，當負載電流隻有1mA時仍可保持高達85%的效率。

3路可調節開關穩壓器(REG1
、REG2和REG3)均可提供最大425mA的電流，開關頻率為2MHz，大大減小了外部電感和電容尺寸的要求。由外部電阻設定每路穩壓器的輸出電壓。

其餘2路穩壓器(REG4和REG5)為低壓差(LDO)線性穩壓器，可提供最大為150mA的電流。REG5為係統的USB收發器供電
，隻有在連接USB電源的情況下才工作。REG4在沒有DC或USB電源的情況下由電池供電。這兩個LDO有助於延長電池壽命
，為係統設計人員提供了靈活性。由於它們可以接受較寬的輸入電壓範圍(1.7～5.5V)，可進一步降低功耗。最小1.7V的輸入電壓使這些LDO可以從某個降壓型DC/DC轉換器的輸出(而不是直接由電池)供電。

內部電池充電器管理

PMIC的雙輸入充電器部分可以接受USB電源或交流適配器供電。由於集成了智能電源選擇技術和用於管理充電過程的狀態控製邏輯，能夠完成所有電源控製和充電功能。圖3所示為充電曲線。為了支持各種不同的電池容量，充電電流最大可調節至1A。


圖3充電曲線

充電器使能後
，電池在有效的DC和/或USB輸入下開啟一次充電周期。首先檢查電池電壓，確定電池是否處於深度放電(電壓低於預設閾值3.0V)。如果電池處於深度放電

，充電器將進入安全預充模式，電池以快充電流的1/10充電。一旦電池電壓超過3.0V
，充電器將進入快充模式，以設定的電流為電池充電。

隨著充電的繼續，電池電壓上升到電池的滿充電壓(通過BVSET引腳選擇)，充電電流開始逐漸下降。當充電電流下降至所設定的快充電流的4%時
，充電器進入短暫的浮充模式，然後終止充電。充電停止後，如果電池電壓隨後下降到電池滿充電壓下120mV
，將重新開始充電
，定時器複位。這可以保證電池在任何時間都維持或在接近滿充狀態，而且不會出現過充。

充電速度由下麵幾個因素決定：電池電壓、USB/DC輸入電流限製、充電電流設置電阻(RCISET)、ISYS以及管心溫度。MAX8671X為了防止輸入過載和過熱，可自動將充電電流降至某個低於所設置的充電速率的數值。

從USB端取電

MAX8671X的USB引腳為限流電源輸入，為SYS端提供最大500mA的電流。連接USB和SYS的限流開關也是一個工作在降壓模式的線性穩壓器
，即使在USB輸入發生故障達到14V的情況下
，這個線性穩壓器也能防止SYS電壓超出5.3V。

USB引腳在應用中通常連接到USB口的VBUS線。它通過第二個電源使能(PEN2)和USB掛起(USUS)數字控製輸入支持USB規範的限流設置
，可以設置在三種電流限的一種。對於低功率USB模式，限流為100mA

；對於大功率USB模式，限流為500mA；對於USB掛起和未配置的On-the-Go(OTG)模式

，限流為0.11mA(典型值)。

當USB輸入電壓低於欠壓門限(VUSBL：4V
，典型值)或低於電池電壓時，認為輸入電源失效，將被關閉。同樣，如果USB輸入電壓高於過壓門限(VUSBH：6.9V，典型值)時，也被關閉。

為了滿足高速USB規範
，每個連接設備都必須在內部配置為低功率模式。USB枚舉過後，如果得到USB主機的容許
，設備可以從低功率切換到高功率。MAX8671X不進行枚舉，但它依靠係統與USB主機進行通信。主機會決定正確的電流限製
，並通過PEN1

、PEN2和USUS輸入發送命令。

內部熱管理

MAX8671X包含熱管理功能，即使在散熱條件不理想的小型手持設備中也能夠避免過熱。當管芯溫度超過+100℃時，它會按照5%/℃降低輸入電流。任何情況下
，ISYS的供電優先級高於充電電流
，所以
，降低輸入電流時首先降低的是充電電流。如果充電電流降低後，結溫仍然達到+120℃，則不再從輸入電源吸取電流，由電池為係統負載供電。片內溫度限製電路與熱敏電阻輸入(THM)無關，工作過程也相互獨立，THM輸入一般使用外部熱敏電阻監測電池溫度(典型應用)。