簡述

在低功耗嵌入式裝置中，電源管理IC是很必要的，因為需要給鋰電池充電，以及給板子供電。電源管理IC有許多選擇，這裡介紹STNS01，意法半導體的。
STNS01集成了供電電路，電池保護電路，電池溫度監測和3.1V 100mA的LDO。

相關操作流程

當有外部充電線接入時，此時IC會執行安全檢查，檢查過後會使用“恆流/恆壓”演算法進行充電。外部接入的電壓也有範圍的，需要比Vuvlo（一般4.18V）高且比Vinovp（一般5.9V）低才能通過檢查，進行充電。
充電時，會同時從外部USB取電供系統使用。
當輸入電壓正常，而CHG不停翻轉時，這種狀態表示有錯誤發生了。

上電

在電源管理IC關掉之後，整個系統也是掉電的，此時用符合範圍的外部電源Vin去啟用，即可使系統重新上電。

充電

通過使用“恆流/恆壓”充電演算法，STNS01可以將電池電壓充到4.2V。正常充電時，CHG從高阻態切換到低電平。
如果充電電壓高於Vbatmin，充電開始。如果電壓是deeply discharged（電壓比較低，即高於Vbatmin且低於Vpre），將進入pre-charge（預充電）階段，此時使用較低電流（Ipre = 20% Ifast）進行恆流充電，這個階段內如果電壓在tPRE（一般是1800s）時間內未達到Vpre（一般是3V），充電過程將會停止且產生fault訊號。
當前面的預充電階段到達Vpre了，“恆流快速充電階段”將會啟動，此時的恆流充電電流會提高到Ifast，Ifast可通過外部的電阻控制在15mA到200mA。
如果“恆流快速充電階段”啟動，此時電壓又掉到Vpre以下的話，充電過程也會停止且產生fault訊號。“恆流快速充電階段”，當Vbat到達Vfloat（一般4.2V），充電演算法將切換到“恆壓充電模式”。
在“恆壓充電模式”，電壓將被規整到Vfloat（此時恆壓為Vfloat），充電電流將會下降，當充電電流達到Iend（Iend = 10% Ifast），充電過程最終停止，此時CHG引腳恢復高阻態。如果“恆壓充電模式”下載tFAST（一般是36000s）內沒有結束，充電過程將會停止且產生fault訊號。
出於安全考慮，在充電過程中電池溫度將持續被監測。
上面的過程流程圖表示如下：

電池溫度監測

STNS01集成了比較器，偏置電路和控制邏輯，通過外部的NTS電阻配合監測電池溫度。電池溫度只在充電過程中監測，其他時間不監測，是為功耗方面的考量。
電池溫度正常範圍在0到45攝氏度，若充電過程中超出了這個範圍，充電過程將會被掛起。

電池過充保護

當可用電源輸入進行充電時，電池過充保護將保護電池超過Vochg（一般是4.275V），當電壓超過Vochg時，電源到電池的電流將被阻斷，充電錯誤訊號（CHG toggle）將會產生。當電池又恢復到Vochg以下時，此時必須要插拔充電電源才會使充電IC復位，再進行正常的充電操作。

電池電壓過度消耗（discharge）保護

當沒有電源充電時，電池電量將會被消耗，電池電量也會被監測以避免“電壓過度消耗”。如果電池電量掉到Vodc（一般是2.8V）以下持續tODD（一般是400ms）的時間，裝置就會掉電，電流消耗會降到500nA，此時的狀態就稱為overdischarge“電壓過度消耗”狀態。
在“電壓過度消耗”狀態下，如果有外部合法供電電源接入，充電過程被啟用，LDO也立即會正常工作。如果外部供電電源拔掉，此時因為已經被啟用，所以此時又會再監測電池電量看是否調到Vodc以下tODD時間，如果是則又進入“電壓過度消耗”狀態，不是則繼續正常工作。
從下圖可以看到，的確在2.8V附近時，會啟動電壓過度消耗保護：

電池電流過度消耗保護

當STNSo1從BAT引腳取電時（此時應該沒有外部電源在充電，因此電源管理IC需要從電池來取電了），有此保護機制，當裝置電流超出Ibatocp（一般在400到650mA）持續tDOD（一般在14ms）時間時，裝置將會掉電，需要通過外部電源來重新啟用。

輸入電流過載保護

當STNS01直接從IN引腳供電（外部供電），當Vsys低於Vilimschth（一般為2V）時，輸入電流將被限制在Iinlimsc（一般為400mA）以避免短路發生。

SYS和LDO短路保護

當SYS和LDO短路時，裝置立即掉電。

輸入電壓過載保護

當STNS01直接從IN引腳供電（外部供電），Vuvlo

Shutdown模式

SD引腳給高電平，且沒有外部供電接入，裝置會進入Shutdown模式，電流500nA，需要重新啟用才能正常使用了。

熱Shutdown

當溫度超過TSD，裝置掉電。

電流反轉保護

當外部輸入電壓很低時，且低於Vbat時，從BAT到IN引腳將被阻斷，以避免不必要的電量消耗。