电源管理对便携式装置有多重要

图6. BGM优化电源方案，带有电缆检测功能。

整体电池功能

电池密封保证长时间供电

便携式医疗设备必须保证可靠充电，随时备用。所以，设计重点是在装置的“保存期”内保证有电。MAX14663集成关断电池的开关，保证其断开，直到最终用户首次打开医疗装置。例如，生产阶段结束时，可利用I²C命令或正确的SEAL引脚连接将电池断开，从而防止设备保存期内放电。

只需激活连接至KIN输入的按钮或者连接至USB主机，即可重新连接电池(图7)。

图7. MAX14663中的电池密封功能与隔离开关配合，保存电池电量。

电量计准确指示充电状态

集成式电量计基于ModelGauge

技术，仅利用电压信息提供电池的充电状态(SOC);使用非常详尽、非线性电池模型，可高精度监测充电和电池行为。为正确操作，必须将Maxim在工厂进行特征分析后提供的电池模型装载至器件的内部易失存储器。

图8所示为ModelGauge技术的性能。随机时间长度的随机负载过程和充电过程显示电池SOC上升和下降。绿线为参考SOC，红线为ModelGauge指示的SOC。您可以看到绿线和红线很难区分，实际上这两条线几乎完全相同。两条曲线之间的差异用黑线表示，由右侧的误差轴Y读数。

这些数据表明，ModelGauge电量计的误差与加热法相似，误差在0%附近上下移动，不同于库伦计数器等累积方法。

图8. 充电状态(SOC)与时间的关系。数据表明，ModelGauge技术不随时间累积误差。

电量计工作电流为23µA;充电/放电率较低时，电量计自动进入4µA深度休眠模式。这种后台模式不会牺牲电量计精度。通过允许系统完全关断，甚至关断一些振荡器，利用报警降低系统功耗，以及达到这种4µA后台模式。电量计采用报警唤醒所有电路。

电池充电器最大程度降低功率损耗

开关模式电池充电器将功耗降至最低。充电期间，该功能可防止PCB热点，否则在必须测量对温度非常敏感的小信号时会影响精度。

根据工作模式调节电流：

· 预充模式。电池电压低于预充门限电压(可通过I²C在2.4V至3.1V范围内设置)时，将电流限制到小于0.1C。

· 快充模式。在CC/CV模式下，根据设置的快充电流调节电流，范围为50mA至500mA，步长为25mA。

· 自动停止模式。如果设置了自动模式，将在达到设定的恒压(3.5V至4.4V)以及电流下降至设定值(12.5mA至150mA)时停止充电。也可以利用I²C命令停止充电。

充电器也通过电池热敏电阻监测电池温度。温度信息可用于实施JEITA建议，为了安全起见而根据电池温度更改终止电压和快充电流(图9)。

图9. 按照JEITA建议，根据电池温度更改充电电流和终止电压。

电源选择器延长电池寿命

当VB在可接受范围之内时，系统电压来自于USB;无VB时，系统电压来自于电池。该操作是自动完成的。

升压调节器允许直接连接WLED灯串和OLED显示屏

基于电感的升压转换器可产生OLED显示屏或用于LCD背光照明的白光LED灯串所需的高电压。输出电压可通过I²C在6V至17V范围内调节，步长为1V。真关断开关将负载彻底断开，将耗流降至最小。

独立调节LED灯串电流的流入电流源

三个独立的线性电流调节器可直接连接至升压转换器产生的电压。此时，电流可调节至高达32.5mA，分为25级。PWM信号可用于调光(图10)。

图10. 来自于流入电流源的电流可分25级进行调节。

内置ESD反向电压和过压保护确保系统安全

系统(图11)具有反向电压保护(RVP)，可预防VBUS上高达-5.5V的电压，以及防止高达28V的过压(OVP)。该保护功能可防止伪劣电池充电器试图使用USB接口而损坏设备。系统电压调节至5V;对于最高6.6V的VBUS电压，可正常工作。如果VBUS电压上升至这些门限以上，则自动断开系统电压，以保护设备。

图11. 内置ESD反向电压和过压保护。

参见图11，VB、DP和DM引脚上具有±15kVESD保护(HBM)。USB侧的另一项功能是电缆检测。上行端口为OFF时，因而表示VBUS未出现或者电缆仅连接至设备侧时，系统将检测电缆插入。

当未出现VBUS时，通过注入小电流，然后测量电缆电容和连接至上行端口的电容，实现电缆检测。可通过I²C设置检测门限，以适应不同的PCB布局和连接器类型。

总结

我们开篇首先陈述了数以百万计的人需要监测其个人生命体征。显而易见，人们需要有工具能够随时随地进行检查。所以人们寻求更便携的医疗装置的出现就毫不奇怪了：这种医疗装置小巧、高精度、电源效率高。

我们在本文中重点关注了用于现代化便携式医疗装置的高效电源管理系统。我们讨论了两款器件。我们首先介绍了低功耗、医疗微控制器片上系统 (SoC，MAX32600)，该器件集成了执行模拟功能的AFE和用于高级数据安全性的信赖保护单元。该器件适合于使用一次性电池(纽扣电池或碱性电池)作为电源的便携式医疗装置。我们也介绍了利用可充电电池供电的医疗装置。该系统使用带有微控制器SoC的PMIC(MAX14663)，将电源效率最大化，节省宝贵的设计空间，并增加电池管理和USB安全性等附加功能。

这些新集成电路将电源效率最大化，提高灵活性，有利于可扩展方案，而无需大的架构变化。例如，您可增加可选的无线外设，用于连接至智能手机。一旦实现以上功能，即可充分利用智能手机的日常优势，实现更多的便携式医疗应用。

最后，我们讨论了高度集成相对于使用众多分立式元件的传统电源方案的优势。除了空间和成本节省方面的明显优势外，较少的分立式元件也意味着方案更可靠，既有利于制造商也有利于最终用户——你和我。