SGM41106A:小尺寸鋰離子/聚合物電池的理想保護方案
在當今的電子設備中,尤其是小型可穿戴設備,如耳機、手寫筆、手環(huán)和手表等,電池的安全和高效使用至關重要。SGMICRO推出的SGM41106A是一款專為小型鋰離子或鋰離子聚合物電池設計的單片初級保護器件,集成了電池開關,為電池的安全運行提供了全面的保護。
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一、產品概述
SGM41106A采用超緊湊的封裝,如Green XTDFN - 1×1 - 4L,這種小巧輕薄的封裝為小型可穿戴設備節(jié)省了寶貴的空間,讓電池能夠更好地適配設備的腔體。該器件集成了雙向阻斷開關和所有必要的保護功能,包括針對電壓異常的兩種保護和針對電流的三種保護,確保電池在各種情況下都能安全運行。
二、產品特性
2.1 超緊湊保護方案
其緊湊的設計使得它在小型設備中具有很大的優(yōu)勢,能夠在有限的空間內實現(xiàn)完整的電池保護功能。
2.2 低功耗
- 導通電阻典型值為100mΩ,降低了功率損耗。
- 工作電流典型值為0.7μA,在電池電量有限的小型設備中,能夠有效延長電池的使用時間。
- 深度放電關斷電流典型值為2nA,進一步降低了電池的自放電。
2.3 靈活的閾值選項
- 工廠可編程過壓閾值選項從4.225V到4.6V,步長為0.025V,用戶可以根據具體的電池需求進行選擇。
- 過充/放電電流保護有3種閾值組合選項,滿足不同電池的充放電電流要求。
2.4 運輸模式功能
SM引腳邏輯高電平有效,通過拉高并保持一定時間,可以設置電池開關為關斷狀態(tài),方便電池的長期儲存和運輸。
2.5 其他保護功能
- 支持0V電池充電,即使電池電量嚴重耗盡也能進行充電。
- 具備負載短路保護、電池組并聯(lián)安全、充電輸入電壓鉗位、電池反接保護和充電輸入反接保護等功能,全方位保障電池的安全。
三、關鍵參數
3.1 電氣參數
| 參數 | 符號 | 條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 工作電壓范圍 | VCHG_OP | 正常充電源電壓范圍 | -0.5 | - | 6 | V |
| 正常導通電壓范圍 | VNORM_ON | 充電時可能保持連續(xù)導通的最大電壓范圍 | 2.8 | - | 4.6 | V |
| 開關導通電阻 | RON | TJ = +25℃ | 80 | 100 | 120 | mΩ |
| TJ = -40℃ to +85℃ | 60 | 100 | 140 | mΩ | ||
| 工作電流 | IOP | TJ = +25℃ | 0.7 | 0.95 | - | μA |
| TJ = -40℃ to +85℃ | 0.7 | 1.2 | - | μA | ||
| 關斷電流 | ISD | 因電池電量低或SM輸入控制而關斷,TJ = +25℃ | 2 | - | 50 | nA |
| TJ = -40℃ to +85℃ | 2 | - | 60 | nA |
3.2 保護閾值
- 過壓閾值:根據不同的型號選項,從4.225V到4.6V不等。
- 欠壓閾值:有2.8V和3.0V兩種選項。
- 過流閾值:充電和放電過流閾值根據不同的型號選項有所不同,如充電過流閾值有200/230mA、310/360mA、625/650mA等。
- 放電短路閾值:有1.2A和2.5A兩種選項。
四、功能詳細介紹
4.1 電壓相關保護
- 過壓保護:在充電過程中,定期監(jiān)測電池電壓。當電池電壓超過設定的過壓閾值((V{BAT}>V{OV}))時,電池開關進入充電阻斷模式,禁止進一步充電,僅允許電流向放電方向流動。當電池電壓因放電降至安全水平時,充電恢復。
- 欠壓保護:如果電池電壓不在過壓范圍內,則定期檢查是否存在低電壓情況。當檢測到電池電壓低于設定的欠壓閾值((V{BAT}
{UV}))時,電池開關阻斷電池放電方向,設備進入無損關斷狀態(tài),此時電池開關僅允許電流向充電方向流動,且在欠壓保護狀態(tài)下,充電過流檢測功能不起作用。
4.2 電流相關保護
- 電池開關導通時,定期監(jiān)測電池電流。充電和放電都有過流保護,各自有獨立的閾值和延遲定時器(充電時(t{OCD}=72ms),放電時(t{ODD}=72ms))。如果檢測到相應的過流情況,充電或放電將被阻斷。
- 當檢測到開關正向電壓使充電狀態(tài)無效時,充電阻斷解除。放電恢復采用打嗝模式,檢測到放電過流后,阻斷時間為(t{RETRY}=3s)。如果再次檢測到放電過流,將再次阻斷(t{RETRY})時間。
4.3 負載短路保護
如果放電電流超過設定的短路閾值(1.2A或2.5A,取決于“D”代碼),電池開關進入放電阻斷模式,并啟動電池連接定時器進行重試(打嗝)。
4.4 電池反接和充電輸入反接保護
- 電池反接時,流入負載的電流不會被器件阻斷,但只要電流不過高,不會對器件造成損壞。
- 充電輸入反接且電壓低于5V時,不會對器件造成損壞,此時會觸發(fā)放電過流事件,開關進入放電阻斷模式。
4.5 運輸模式控制
當SM引腳電壓等于或高于(V{PD})并持續(xù)(t{SM})或更長時間時,SGM41106A關閉放電MOSFET,停止放電。需要注意的是,SM引腳對邊沿敏感,輸入狀態(tài)會鎖存到最后一次施加的狀態(tài),只有激活充電器才能解除運輸模式狀態(tài)。
4.6 上電自鎖功能
SGM41106A在初次焊接時處于自鎖狀態(tài),電池無法放電。只有檢測到充電器時,該狀態(tài)才會解除。
4.7 并聯(lián)電池組
當兩個使用SGM41106A的電池組并聯(lián)時,瞬間的電流浪涌可能會導致電壓較低的電池組觸發(fā)充電過流保護,電壓較高的電池組可能進入放電過流保護。只有當電壓較高的電池組放電至略高于電壓較低的電池組時,充電過流或放電過流保護才會復位,之后兩個電池組都可以導通。
五、應用信息
5.1 短路和ESD測試
在組裝的電池和保護板(有或無電池)上,短路和ESD測試至關重要。ESD或短路浪涌可能會降低整體可靠性,并導致部件提前老化。進行短路保護測試時,應使用低電壓、低電感的電源。
5.2 ESD保護
如果電池是組件中最大的導電物體并屏蔽了設備的其他部分,需要精心設計ESD放電路徑,將ESD電流引導至自由導線或自由PCB銅條,以確保設備的不間斷運行。為了提高系統(tǒng)的ESD水平并降低器件對ESD的敏感性,建議在BATN和PCKN之間添加一個0.1μF的電容。
5.3 輸入鉗位和放電
當充電輸入過壓時,VDD - PCKN通過串聯(lián)電阻R1和VDD - PCKN擊穿進行保護。輸入和電池之間的電壓差出現(xiàn)在開關(BATN到PCKN)上,該開關具有超過10mA的放電能力而不會損壞。當電池電壓為4.5V時,電池組端子電壓(Pack P到Pack N)開始鉗位,約為13V。
六、總結
SGM41106A以其超緊湊的設計、豐富的保護功能和靈活的閾值選項,成為小型鋰離子/聚合物電池保護的理想選擇。無論是在可穿戴設備還是其他小型電子設備中,它都能為電池的安全和高效使用提供可靠的保障。電子工程師在設計相關產品時,可以充分考慮SGM41106A的特性和優(yōu)勢,以提高產品的性能和可靠性。你在實際應用中是否遇到過類似的電池保護問題?你對SGM41106A的哪些特性最感興趣呢?歡迎在評論區(qū)分享你的看法。
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[討論]討論聚合物鋰離子電池是否能替代鋰離子電池
真的會爆炸? 關于鋰離子和鋰聚合物電池不得不說的秘密!
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