電源管理對便攜式裝置有多重要

圖6. BGM優(yōu)化電源方案，帶有電纜檢測功能。

整體電池功能

電池密封保證長時間供電

便攜式醫(yī)療設備必須保證可靠充電，隨時備用。所以，設計重點是在裝置的“保存期”內保證有電。MAX14663集成關斷電池的開關，保證其斷開，直到最終用戶首次打開醫(yī)療裝置。例如，生產階段結束時，可利用I²C命令或正確的SEAL引腳連接將電池斷開，從而防止設備保存期內放電。

只需激活連接至KIN輸入的按鈕或者連接至USB主機，即可重新連接電池(圖7)。

圖7. MAX14663中的電池密封功能與隔離開關配合，保存電池電量。

電量計準確指示充電狀態(tài)

集成式電量計基于ModelGauge

技術，僅利用電壓信息提供電池的充電狀態(tài)(SOC);使用非常詳盡、非線性電池模型，可高精度監(jiān)測充電和電池行為。為正確操作，必須將Maxim在工廠進行特征分析后提供的電池模型裝載至器件的內部易失存儲器。

圖8所示為ModelGauge技術的性能。隨機時間長度的隨機負載過程和充電過程顯示電池SOC上升和下降。綠線為參考SOC，紅線為ModelGauge指示的SOC。您可以看到綠線和紅線很難區(qū)分，實際上這兩條線幾乎完全相同。兩條曲線之間的差異用黑線表示，由右側的誤差軸Y讀數(shù)。

這些數(shù)據(jù)表明，ModelGauge電量計的誤差與加熱法相似，誤差在0%附近上下移動，不同于庫倫計數(shù)器等累積方法。

圖8. 充電狀態(tài)(SOC)與時間的關系。數(shù)據(jù)表明，ModelGauge技術不隨時間累積誤差。

電量計工作電流為23µA;充電/放電率較低時，電量計自動進入4µA深度休眠模式。這種后臺模式不會犧牲電量計精度。通過允許系統(tǒng)完全關斷，甚至關斷一些振蕩器，利用報警降低系統(tǒng)功耗，以及達到這種4µA后臺模式。電量計采用報警喚醒所有電路。

電池充電器最大程度降低功率損耗

開關模式電池充電器將功耗降至最低。充電期間，該功能可防止PCB熱點，否則在必須測量對溫度非常敏感的小信號時會影響精度。

根據(jù)工作模式調節(jié)電流：

· 預充模式。電池電壓低于預充門限電壓(可通過I²C在2.4V至3.1V范圍內設置)時，將電流限制到小于0.1C。

· 快充模式。在CC/CV模式下，根據(jù)設置的快充電流調節(jié)電流，范圍為50mA至500mA，步長為25mA。

· 自動停止模式。如果設置了自動模式，將在達到設定的恒壓(3.5V至4.4V)以及電流下降至設定值(12.5mA至150mA)時停止充電。也可以利用I²C命令停止充電。

充電器也通過電池熱敏電阻監(jiān)測電池溫度。溫度信息可用于實施JEITA建議，為了安全起見而根據(jù)電池溫度更改終止電壓和快充電流(圖9)。

圖9. 按照JEITA建議，根據(jù)電池溫度更改充電電流和終止電壓。

電源選擇器延長電池壽命

當VB在可接受范圍之內時，系統(tǒng)電壓來自于USB;無VB時，系統(tǒng)電壓來自于電池。該操作是自動完成的。

升壓調節(jié)器允許直接連接WLED燈串和OLED顯示屏

基于電感的升壓轉換器可產生OLED顯示屏或用于LCD背光照明的白光LED燈串所需的高電壓。輸出電壓可通過I²C在6V至17V范圍內調節(jié)，步長為1V。真關斷開關將負載徹底斷開，將耗流降至最小。

獨立調節(jié)LED燈串電流的流入電流源

三個獨立的線性電流調節(jié)器可直接連接至升壓轉換器產生的電壓。此時，電流可調節(jié)至高達32.5mA，分為25級。PWM信號可用于調光(圖10)。

圖10. 來自于流入電流源的電流可分25級進行調節(jié)。

內置ESD反向電壓和過壓保護確保系統(tǒng)安全

系統(tǒng)(圖11)具有反向電壓保護(RVP)，可預防VBUS上高達-5.5V的電壓，以及防止高達28V的過壓(OVP)。該保護功能可防止偽劣電池充電器試圖使用USB接口而損壞設備。系統(tǒng)電壓調節(jié)至5V;對于最高6.6V的VBUS電壓，可正常工作。如果VBUS電壓上升至這些門限以上，則自動斷開系統(tǒng)電壓，以保護設備。

圖11. 內置ESD反向電壓和過壓保護。

參見圖11，VB、DP和DM引腳上具有±15kVESD保護(HBM)。USB側的另一項功能是電纜檢測。上行端口為OFF時，因而表示VBUS未出現(xiàn)或者電纜僅連接至設備側時，系統(tǒng)將檢測電纜插入。

當未出現(xiàn)VBUS時，通過注入小電流，然后測量電纜電容和連接至上行端口的電容，實現(xiàn)電纜檢測?？赏ㄟ^I²C設置檢測門限，以適應不同的PCB布局和連接器類型。

總結

我們開篇首先陳述了數(shù)以百萬計的人需要監(jiān)測其個人生命體征。顯而易見，人們需要有工具能夠隨時隨地進行檢查。所以人們尋求更便攜的醫(yī)療裝置的出現(xiàn)就毫不奇怪了：這種醫(yī)療裝置小巧、高精度、電源效率高。

我們在本文中重點關注了用于現(xiàn)代化便攜式醫(yī)療裝置的高效電源管理系統(tǒng)。我們討論了兩款器件。我們首先介紹了低功耗、醫(yī)療微控制器片上系統(tǒng) (SoC，MAX32600)，該器件集成了執(zhí)行模擬功能的AFE和用于高級數(shù)據(jù)安全性的信賴保護單元。該器件適合于使用一次性電池(紐扣電池或堿性電池)作為電源的便攜式醫(yī)療裝置。我們也介紹了利用可充電電池供電的醫(yī)療裝置。該系統(tǒng)使用帶有微控制器SoC的PMIC(MAX14663)，將電源效率最大化，節(jié)省寶貴的設計空間，并增加電池管理和USB安全性等附加功能。

這些新集成電路將電源效率最大化，提高靈活性，有利于可擴展方案，而無需大的架構變化。例如，您可增加可選的無線外設，用于連接至智能手機。一旦實現(xiàn)以上功能，即可充分利用智能手機的日常優(yōu)勢，實現(xiàn)更多的便攜式醫(yī)療應用。

最后，我們討論了高度集成相對于使用眾多分立式元件的傳統(tǒng)電源方案的優(yōu)勢。除了空間和成本節(jié)省方面的明顯優(yōu)勢外，較少的分立式元件也意味著方案更可靠，既有利于制造商也有利于最終用戶——你和我。