MAX8971
Industry's Smallest 1.55A
1-Cell Li+ DC-DC Charger
General Description
The MAX8971 is a compact, high-frequency, high-effi-
ciency switch-mode charger for a one-cell lithium-ion (Li+)
battery. It delivers up to 1.55A of current to the battery
from inputs up to 7.5V and withstands transient inputs up
to 22V. The 4MHz switch-mode charger is ideally suited
for small portable devices, such as Bluetooth® headsets,
AR/VR glasses, and other lithium-ion powered accesso-
ries. It minimizes component size and heat.
Battery-protection features include: low-voltage prequalifi-
cation, charge fault timer, die temperature monitoring, and
battery temperature monitoring. The battery temperature
monitoring adjusts the charge current and termination
voltage for safe use of secondary lithium-ion batteries.
The IC accepts either a general DC input or USB. It has
programmable automatic input-current limiting to protect
upstream charging sources such as USB.
Charge parameters are easily adjustable through an I
2
C
interface. Charge is terminated based on user-selectable
minimum current level. A safety timer with reset control
provides a safety backup for I
2
C interface. Charge sta-
tus is provided to the application processor through an
interrupt pin.
The IC is available in a space-saving, 20-bump, 2.18mm
x 1.62mm WLP package.
●
Switch-Mode Charger
•
High-Efficiency
• Low Heat
• Fast Charge Time
Benefits and Features
●
Small and Simple
●
Precise
• Up to ±5% Current Regulation and 0.5% Voltage
Regulation
●
Safe
• JEITA Battery Temperature Monitor
• Over/Undervoltage Protection, Safety Timers,
Temperature Regulation
• USB Friendly
●
Flexible
• Programmable Voltage/Current
• Status/Interrupts Through I
2
C
• Automatic Input Current Limit
●
I
2
C Interface
• Input Current Limit (100mA to 1500mA)
• Fast-Charge/Termination Current (250mA to
1550mA)
• Charge Voltage (4.1V, 4.15V, 4.2V, 4.35V)
• Safety Timer
• Termination Enable
+22V Absolute Maximum Input Voltage Rating
Up to 7.5V Maximum Operating Input Voltage
5V USB/Safeout LDO for USB PHY
2.3A GSM RF Test Mode (Factory Testing)
Charge Current to Voltage Conversion (V
ICHG
) for
Baseband ADC
●
Reverse Battery Leakage Protection
●
Input/Output Overvoltage Protection
●
Interrupt Status Output
●
●
●
●
●
Applications
●
●
●
●
●
●
●
USB Charging
Smartphones
Bluetooth Headsets
AR/VR Glasses
Hearables
Wearables
Portable Devices
Ordering Information
and
Simplified Applications Circuit
appear at end of data sheet.
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19-6110; Rev 1; 7/17
MAX8971
Industry's Smallest 1.55A
1-Cell Li+ DC-DC Charger
TABLE OF CONTENTS
General Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Benefits and Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Absolute Maximum Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Package Thermal Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Typical Operating Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Bump Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Bump Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Detailed Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
DC Input—Fast-Hysteretic
Step-Down Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Soft-Start. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
PVL and AVL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Thermistor Input (THM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Thermal Foldback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Charger States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Charger-Disabled State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Dead-Battery State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Dead-Battery + Prequalification State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Prequalification State. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Fast-Charge Constant-Current State. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Fast-Charge Constant Voltage State. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Top-Off State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Done State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Timer Fault State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Overvoltage and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Automatic Input Current
Limit Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
V
ICHG
Charging Current Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
SAFEOUT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
JEITA Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Maxim Model Gauge M3 Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Factory-Mode GSM Test Mode Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
www.maximintegrated.com
Maxim Integrated
│
2
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Industry's Smallest 1.55A
1-Cell Li+ DC-DC Charger
TABLE OF CONTENTS (continued)
Applications Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Inductor Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Input Capacitor Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Output Capacitor Selection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Charge Current Resistor Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Serial Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
System Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Bit Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
START and STOP Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Acknowledge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Slave Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Clock Stretching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
General Call Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Communication Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Communication Protocols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Writing to a Single Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Writing to a Sequential Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Reading from a Single Register. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Reading from a Sequential Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
I
2
C Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Charger Interrupt Requests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Charger Interrupt Masks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Charger Status . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
DETAILS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
DETAILS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Input Voltage Disable and USB Suspend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Fast-Charge Current and Timer Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Input-Current Limit and Charger Restart Threshold. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Done Current, Timer, GSM Test Mode, and Battery Regulation Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Temperature Regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Charger Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Simplified Applications Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Ordering Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Chip Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Package Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Revision History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
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Maxim Integrated
│
3
MAX8971
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1-Cell Li+ DC-DC Charger
LIST OF TABLES
Table 1. Trip Temperatures for Different Thermistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Table 2. Suggested Inductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Table 3. Charge Current Settings for 47mΩ and 68mΩ Sense Resistors
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Table 4. Top-Off Current Settings for 47mΩ and 68mΩ Sense Resistors.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Table 5. High-Level I
2
C Register Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Table 6. CHGCC[4:0] Decoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Table 7. DCILMT[5:0] Bit Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
LIST OF FIGURES
Figure 1. Typical Application Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 2. Li/Li-Poly Charge Profile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 3. Functional State Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 4. JEITA Safety Region. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 5. MAX8971 with MAX17047 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Figure 6. Functional Logic Diagram for Communications Controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 7. I
2
C Bit Transfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 8. START and STOP Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 9. Slave Address Byte Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 10. Writing to a Single Register with Write Byte Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 11. Writing to Sequential Registers x to n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Figure 12. Reading Continuously from Sequential Registers x to n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
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Maxim Integrated
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4
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Industry's Smallest 1.55A
1-Cell Li+ DC-DC Charger
BYP to PG_ ..........................................................-0.3V to +22V
DC_ to BYP ............................................................-6V to +0.3V
I2CIN, V
ICHG
, IRQB, SDA, SCL to GND ................-0.3V to +6V
BST to AVL ............................................................-0.3V to +16V
BST to LX_ ..............................................................-0.3V to +6V
PVL, SFO, BAT, CS to PG_ ....................................-0.3V to +6V
AVL, THM to GND ...................................................-0.3V to +6V
PG_ to GND .........................................................-0.3V to +0.3V
DC_, LX_, CS, BAT, BYP Continuous Current .............1.6A
RMS
Absolute Maximum Ratings
Continuous Power Dissipation (T
A
= +70°C)
WLP derate 21.7mW/°C above +70°C .....................1736mW
Operating Temperature Range. .......................... -40°C to +85°C
Junction Temperature. .....................................................+150°C
Storage Temperature Range ............................ -65°C to +150°C
Soldering Temperature (reflow) ....................................... +260°C
*This device is constructed using a unique set of packaging techniques that impose a limit on the thermal profile the device can be
exposed to during board-level solder attach and rework. This limit permits only the use of the solder profiles recommended in the
industry-standard specification, JEDEC 020A, paragraph 7.6,
Table 3
for IR / VPR and Convection reflow. Preheating is required.
Hand or wave soldering is not allowed.
Package Thermal Characteristics
WLP
Junction-to-Ambient Thermal Resistance (q
JA
) ..........46°C/W
(Note 1)
Junction-to-Case Thermal Resistance (q
JC
) .................2°C/W
Note 1:
Package thermal resistances were obtained using the method described in JEDEC specification JESD51-7, using a four-
layer board. For detailed information on package thermal considerations, refer to
www.maxim-ic.com/thermal-tutorial.
Stresses beyond those listed under “Absolute Maximum Ratings” may cause permanent damage to the device. These are stress ratings only, and functional operation
of the device at these or any other conditions beyond those indicated in the operational sections of the specifications is not implied. Exposure to absolute maximum
rating conditions for extended periods may affect device reliability.
(V
DC
= 5V, C
BYP
= 1μF, I
FCHG
= 500mA, C
AVL
= 4.7μF, V
THM
= AVL/2, T
A
= -40°C to +85°C, unless otherwise noted. Typical values
are at T
A
= +25°C.) (Note 2)
PARAMETER
DC INPUT
DC Operating Voltage Range
DC Undervoltage Lockout (V
UVLO
)
DC OVP Interrupt Delay
DC to BAT Shutdown Threshold
DC Supply Current
BST Leakage Current
LX_ Leakage Current
BAT Reverse Leakage Current
Input-Current Limit Range
When charging stops, V
DC
falling, 150mV hysteresis
Charger enabled, V
DC
= 5.5V
V
BST
= 5.5V, LX_ = PG_
V
LX_
= 0 or 5.5V
V
DC
= 0V, V
BAT
= 4.2V
0.1
T
A
= +25°C
T
A
= -40°C to +85°C
T
A
= +25°C
T
A
= -40°C to +85°C
0
DC rising, 500mV hysteresis
DC Overvoltage Threshold (V
OVP
)* DC rising, 250mV hysteresis
4.0
3.6
7.25
3.8
7.5
16
50
2
0.01
0.1
0.01
0.1
1
5
1.5
μA
A
10
10
μA
100
V
OVP
4.0
7.75
V
V
V
ms
mV
mA
CONDITIONS
MIN
TYP
MAX
UNITS
Electrical Characteristics
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Maxim Integrated
│
5
51单片机
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