本應用筆記重點介紹智能手機、手機和其他便攜式設備的電池管理。本文介紹了如何通過非常簡單的超小型和超低功耗器件（如電流檢測放大器和比較器）來解決估算剩余電池壽命和實現電池過流保護的問題。

介紹

智能手機、手機和其他便攜式設備需要越來越小的外形尺寸和超低功耗。同時，此類設備的復雜性和功能數量不斷增加。因此，每個功能的可用空間正在以驚人的速度減少。

本應用筆記介紹了解決便攜式應用所需的兩個常見特性的簡單、節省空間的方法。首先，它描述了一種高精度、超低功耗的解決方案，用于估算剩余電池壽命。然后，它詳細介紹了一種緊湊、省電的解決方案，用于保護電路和Li+電池免受過流情況的影響。

Li+電池電流監測

剩余的Li+電池壽命可以通過精確測量負載不斷消耗的電流來估計。可以在Li+電池和負載之間插入一個小的檢測電阻，從而產生與負載電流成比例的電壓。然后可以使用電流檢測放大器來檢測該小電壓（通常為幾十mV）并將其放大，以產生適合模數轉換器（ADC）動態范圍的輸出電壓。這種轉換器通常位于RF芯片組或電源管理集成電路（PMIC）內部。電流檢測放大器應盡可能無創;因此，兩個基本要求是小尺寸和低功耗，這兩者都是便攜式設備制造商非常有吸引力的功能。

圖1所示為MAX9938電流檢測放大器。該器件在環境溫度 （1°C） 下具有低于 25μA （最大值） 的超低靜態電流消耗，采用纖巧型 1mm x 1mm、4 焊球 UCSP （超芯片級封裝）。芯片級是一種IC封裝技術，其中焊球代替引腳，允許最小的封裝。 該電流檢測放大器的低輸入失調電壓可確保檢測電阻兩端的壓降最小，從而降低電阻器本身的功耗。

在智能手機等典型的便攜式設備中，傳輸模式下的峰值電流最高可達1A。假設ADC滿量程為2.5V，MAX50F可以使用9938mΩ檢測電阻，固定增益為50。利用這些值，檢測電阻兩端的最大電壓為50mV，其最大功耗為50mW。當最大輸入失調電壓小于500μV時，這種失調引起的誤差被限制在峰值電流值的1%以下。

如果需要更好的精度，可以使用MAX100T的9938mΩ檢測電阻，其固定增益為25。失調誤差減小到峰值電流值的0.5%;但是，檢測電阻的功耗增加了一倍。

圖1.MAX9938F電流檢測放大器用于測量電池電流，MAX9061比較器用于檢測過流情況。

過流保護

過流情況可能是由于電路中的元件故障，或者有時當同時打開太多軟件應用程序時。無論出于何種原因，此類異常情況都必須立即以中斷的形式傳達給中央處理器。

MAX9061等比較器非常適合在便攜式設備中實現過流保護（圖1）。MAX9061采用創新技術，從施加于正輸入端的基準電壓（0.9V至5.5V）自供電。負輸入可低至-0.3V，高至5.5V;它與基準電壓無關，因此可以更高。輸出為漏極開路，需要一個外部上拉電阻，在許多情況下，該上拉電阻可以位于微控制器內部。這種獨特而創新的架構使比較器能夠采用四端子封裝，例如超纖巧、1mm x 1mm、4焊球UCSP。

如圖1所示，MAX9061的輸入端連接到檢流放大器的輸出端，其最大電壓為2.5V，對應于電池峰值電流。基準電壓源可連接至電壓較高（如2.7V）的低壓差（LDO）線性穩壓器。當MAX9061的輸入高于基準時，比較器輸出置為低電平并產生中斷。

MAX0402除了提供小至兩個9061電阻的微型封裝優勢外，還是一款超低功耗器件，僅消耗100nA （最大值）偏置電流。如果目的是最小化流經上拉電阻的電流，則上拉電阻可以任意高，因為中斷是在比較器的下降沿上產生的。下降時間與上拉電阻值無關。如果需要反向輸出極性，可以使用MAX9060，當基準高于輸入電壓時，輸出為低電平。

電路測試

圖1電路使用電壓發生器代替電池進行測試，并假設充滿電的Li+電池的最大電壓為4.2V，通過檢測電阻和負載產生1A電流。電壓發生器一直降低到2.8V，這代表了電池壽命結束的條件。表1給出了測量結果，圖2給出了MAX9938F的增益曲線。通過兩點測量，被測特定器件的增益誤差為0.21%。

圖2.MAX9938F的增益曲線

然后將電壓發生器設置為高于4.5V，以模擬超過1A的過流條件。圖3所示為產生中斷的MAX9061的響應。

圖3.MAX9061對過流情況的高低響應。

結論

當今便攜式應用的外殼不斷縮小，因此需要高精度、緊湊的IC。本應用筆記介紹了如何使用采用纖巧型4焊球UCSP封裝的超低功耗電流檢測放大器和比較器等非侵入式元件實現簡單的電池管理功能，如電池壽命估計和過流保護。

審核編輯：郭婷