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)。