SGM41105：小尺寸鋰/聚合物電池的初級保護(hù)與開關(guān)解決方案

在如今的電子設(shè)備中，電池的安全與高效使用至關(guān)重要。尤其是對于小尺寸的可穿戴設(shè)備，如耳機(jī)、手寫筆、手環(huán)和手表等，對電池保護(hù)和開關(guān)的要求更為嚴(yán)格。SGM41105作為一款專為小型鋰離子或鋰聚合物電池設(shè)計(jì)的單片初級保護(hù)器件，為這些設(shè)備提供了可靠的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

SGM41105集成了聚合物可充電電池安全運(yùn)行所需的所有保護(hù)功能，采用了微小而輕薄的封裝，為小尺寸可穿戴設(shè)備節(jié)省了寶貴的空間，讓電池能更好地適配設(shè)備腔體。它還集成了雙向阻斷開關(guān)，具備所有必要的保護(hù)功能，包括針對電壓異常的兩種保護(hù)和針對電流的三種保護(hù)。此外，該器件允許對電壓過低甚至為零的深度耗盡電池進(jìn)行充電。

二、產(chǎn)品特性

2.1 超緊湊保護(hù)方案

SGM41105采用Green XTDFN - 1×1 - 4L封裝，尺寸極小，能有效節(jié)省電路板空間。

2.2 低功耗

• 導(dǎo)通電阻典型值為100mΩ，降低了功率損耗。
• 工作電流典型值為0.7μA，深度放電關(guān)斷電流典型值為2nA，極大地延長了電池的續(xù)航時(shí)間。

2.3 靈活的閾值選項(xiàng)

• 工廠可編程過壓閾值選項(xiàng)范圍從4.225V到4.6V，步長為0.025V，可根據(jù)不同的電池需求進(jìn)行精確設(shè)置。
• 過充/放電電流保護(hù)有3種閾值組合選項(xiàng)，電池欠壓保護(hù)有2.8V/3.0V兩種選項(xiàng)，滿足多樣化的應(yīng)用場景。

2.4 安全可靠

• 支持0V電池充電，確保電池在極端情況下也能恢復(fù)使用。
• 具備負(fù)載短路保護(hù)、電池組并聯(lián)安全、充電輸入電壓鉗位、電池反接安全和充電輸入反接安全等功能，全方位保障電池和設(shè)備的安全。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

SGM41105適用于多種小尺寸設(shè)備，如耳機(jī)、手寫筆、手環(huán)和手表等。這些設(shè)備通常對電池的體積和安全性要求較高，SGM41105正好滿足了這些需求。

四、典型應(yīng)用電路

4.1 典型電池組電路

插入文檔中的Figure 1圖片) 該電路展示了SGM41105在電池組中的應(yīng)用，通過對電池電壓和電流的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對電池的保護(hù)和開關(guān)控制。

4.2 運(yùn)輸模式控制典型電路

插入文檔中的Figure 2圖片) 通過按壓按鈕或施加充電電源，可以控制電池開關(guān)的開啟和關(guān)閉，方便設(shè)備在運(yùn)輸過程中的管理。

五、關(guān)鍵參數(shù)與選型

5.1 主要參數(shù)

5.2 型號選型

SGM41105有多種型號可供選擇，不同型號的過壓閾值、欠壓閾值、過充/放電電流閾值等參數(shù)有所不同。例如，型號中的“AAA”代表過壓閾值選項(xiàng)，“B”代表欠壓閾值選項(xiàng)，“C”代表過充/放電過流閾值選項(xiàng)，“D”代表可疑放電短路電流閾值選項(xiàng)。工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的型號。

六、電氣特性

6.1 電壓相關(guān)特性

• 工作電壓范圍為 - 0.5V到6V，正常導(dǎo)通電壓范圍為2.8V到4.6V。
• 過壓檢測延遲典型值為0.8s，欠壓檢測延遲典型值為0.8s。

6.2 電流相關(guān)特性

• 導(dǎo)通電阻在不同溫度下有所變化，典型值為100mΩ。
• 工作電流典型值為0.7μA，關(guān)斷電流典型值為2nA。
• 過充/放電過流檢測延遲典型值為72ms，放電短路切斷延遲在不同觸發(fā)情況下有所不同。

七、詳細(xì)工作原理

7.1 電壓相關(guān)保護(hù)

• 過壓保護(hù)：在充電過程中，定期監(jiān)測電池電壓。當(dāng)電池電壓超過過壓閾值（取決于所選的“AAA”代碼）時(shí)，電池開關(guān)進(jìn)入充電阻斷模式，禁止進(jìn)一步充電，僅允許放電。當(dāng)電池電壓因放電降至安全水平時(shí)，充電恢復(fù)。
• 欠壓保護(hù)：如果電池電壓未處于過壓范圍，則定期檢查是否存在低電壓情況。當(dāng)檢測到電池電壓低于欠壓閾值（取決于所選的“B”代碼）時(shí)，電池開關(guān)阻斷電池放電方向，設(shè)備進(jìn)入無損關(guān)斷狀態(tài)，僅允許充電，且在欠壓保護(hù)狀態(tài)下，充電過流檢測功能失效。

7.2 電流相關(guān)保護(hù)

• 電池開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，定期監(jiān)測電池電流。充電和放電均受到過流保護(hù)，各有其閾值和延遲定時(shí)器（充電時(shí) (t{OCD}=72 ~ms) ，放電時(shí) (t{OOD}=72 ~ms) ）。如果檢測到相應(yīng)的過流，充電或放電將被阻斷。充電或放電過流閾值取決于所選的“C”代碼。
• 充電阻斷在檢測到開關(guān)正向電壓使充電狀態(tài)無效時(shí)解除。放電恢復(fù)采用打嗝模式，檢測到過流后阻斷時(shí)間為 (t{RETRY }=3 ~s) 。如果再次檢測到放電過流，將再次阻斷 (t{RETRY}) 時(shí)間。

7.3 負(fù)載短路保護(hù)

如果放電電流超過 (I_{DSC}) （1.2A或2.5A取決于“D”代碼），電池開關(guān)進(jìn)入放電阻斷模式，并啟動電池連接定時(shí)器進(jìn)行重試（打嗝）。

7.4 電池反接和充電輸入反接保護(hù)

• 電池反接時(shí)，流入負(fù)載的電流不會被器件阻斷，但只要電流不過高導(dǎo)致過熱損壞，器件是安全的。
• 充電輸入反接且電壓低于5V時(shí)是安全的，不會對器件造成損壞（電池?zé)o電流流出）。反接充電器會觸發(fā)放電過流事件，開關(guān)進(jìn)入放電阻斷模式。

7.5 電池開關(guān)控制

通過改變SM引腳電壓為低（相對于 (V{BATN}) ），可以打開或關(guān)閉電池開關(guān)。SM引腳對邊沿敏感，必須改變狀態(tài)。輸入狀態(tài)會鎖存到最后應(yīng)用的狀態(tài)，即使輸入在轉(zhuǎn)換后短時(shí)間內(nèi)浮空。只有當(dāng)電池電壓高于 (V{UV}) 時(shí)，才允許SM引腳輸入以閉合電池開關(guān)，否則開關(guān)狀態(tài)保持不變，輸入被忽略。

八、應(yīng)用注意事項(xiàng)

8.1 短路和ESD測試

在組裝電池和保護(hù)板時(shí)，短路和ESD測試至關(guān)重要。ESD或短路浪涌可能會降低整體可靠性并導(dǎo)致部件提前老化。進(jìn)行短路保護(hù)測試時(shí)，應(yīng)使用低電感的低壓源。

8.2 ESD干擾和空氣間隙放電測試

如果電池是組件中最大的導(dǎo)電物體并屏蔽設(shè)備的其他部分，需要精心設(shè)計(jì)ESD放電路徑，將ESD電流引導(dǎo)至自由導(dǎo)線或自由PCB銅條，以確保設(shè)備正常運(yùn)行。為降低器件對ESD的敏感性，可以添加兩個(gè)小旁路電容，但要注意這些小電容由于終端間隙薄而對ESD敏感，可能會引入新的故障模式，影響系統(tǒng)的可靠和安全運(yùn)行。

8.3 輸入鉗位和放電

當(dāng)充電輸入過壓時(shí)，VDD - PCKN通過串聯(lián)電阻R1和VDD - PCKN擊穿進(jìn)行保護(hù)。輸入和電池之間的電壓差出現(xiàn)在開關(guān)（BATN到PCKN）上，該開關(guān)具有超過10mA的放電能力且不會損壞。當(dāng)電池電壓為4.5V時(shí)，電池組端子電壓（PCKP到PCKN）開始鉗位，約為13V。

九、總結(jié)

SGM41105是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的小尺寸鋰/聚合物電池初級保護(hù)與開關(guān)器件。它具有超緊湊的封裝、低功耗、靈活的閾值選項(xiàng)和全方位的安全保護(hù)功能，適用于多種小尺寸可穿戴設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的型號，并注意短路和ESD測試、ESD干擾處理以及輸入鉗位等問題，以確保設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用SGM41105的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。