SGM41105：小尺寸鋰/聚合物電池的初級保護與開關解決方案

在如今的電子設備中，電池的安全與高效使用至關重要。尤其是對于小尺寸的可穿戴設備，如耳機、手寫筆、手環(huán)和手表等，對電池保護和開關的要求更為嚴格。SGM41105作為一款專為小型鋰離子或鋰聚合物電池設計的單片初級保護器件，為這些設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行所需的所有保護功能，采用了微小而輕薄的封裝，為小尺寸可穿戴設備節(jié)省了寶貴的空間，讓電池能更好地適配設備腔體。它還集成了雙向阻斷開關，具備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。此外，該器件允許對電壓過低甚至為零的深度耗盡電池進行充電。

二、產(chǎn)品特性

2.1 超緊湊保護方案

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，深度放電關斷電流典型值為2nA，極大地延長了電池的續(xù)航時間。

2.3 靈活的閾值選項

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

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使用。
• 具備負載短路保護、電池組并聯(lián)安全、充電輸入電壓鉗位、電池反接安全和充電輸入反接安全等功能，全方位保障電池和設備的安全。

三、應用領域

SGM41105適用于多種小尺寸設備，如耳機、手寫筆、手環(huán)和手表等。這些設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、典型應用電路

4.1 典型電池組電路

 該電路展示了SGM41105在電池組中的應用，通過對電池電壓和電流的監(jiān)測，實現(xiàn)對電池的保護和開關控制。

4.2 運輸模式控制典型電路

 通過按壓按鈕或施加充電電源，可以控制電池開關的開啟和關閉，方便設備在運輸過程中的管理。

五、關鍵參數(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，“B”代表欠壓閾值選項，“C”代表過充/放電過流閾值選項，“D”代表可疑放電短路電流閾值選項。工程師可以根據(jù)具體的應用需求選擇合適的型號。

六、電氣特性

6.1 電壓相關特性

• 工作電壓范圍為 - 0.5V到6V，正常導通電壓范圍為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 電流相關特性

• 導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、詳細工作原理

7.1 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。當電池電壓超過過壓閾值（取決于所選的“AAA”代碼）時，電池開關進入充電阻斷模式，禁止進一步充電，僅允許放電。當電池電壓因放電降至安全水平時，充電恢復。
• 欠壓保護：如果電池電壓未處于過壓范圍，則定期檢查是否存在低電壓情況。當檢測到電池電壓低于欠壓閾值（取決于所選的“B”代碼）時，電池開關阻斷電池放電方向，設備進入無損關斷狀態(tài)，僅允許充電，且在欠壓保護狀態(tài)下，充電過流檢測功能失效。

7.2 電流相關保護

• 電池開關導通時，定期監(jiān)測電池電流。充電和放電均受到過流保護，各有其閾值和延遲定時器（充電時 (t{OCD}=72 ~ms) ，放電時 (t{OOD}=72 ~ms) ）。如果檢測到相應的過流，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正向電壓使充電狀態(tài)無效時解除。放電恢復采用打嗝模式，檢測到過流后阻斷時間為 (t{RETRY }=3 ~s) 。如果再次檢測到放電過流，將再次阻斷 (t{RETRY}) 時間。

7.3 負載短路保護

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

7.4 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，但只要電流不過高導致過熱損壞，器件是安全的。
• 充電輸入反接且電壓低于5V時是安全的，不會對器件造成損壞（電池無電流流出）。反接充電器會觸發(fā)放電過流事件，開關進入放電阻斷模式。

7.5 電池開關控制

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

八、應用注意事項

8.1 短路和ESD測試

在組裝電池和保護板時，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電物體并屏蔽設備的其他部分，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，以確保設備正常運行。為降低器件對ESD的敏感性，可以添加兩個小旁路電容，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)的可靠和安全運行。

8.3 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的放電能力且不會損壞。當電池電壓為4.5V時，電池組端子電壓（PCKP到PCKN）開始鉗位，約為13V。

九、總結

SGM41105是一款功能強大、性能可靠的小尺寸鋰/聚合物電池初級保護與開關器件。它具有超緊湊的封裝、低功耗、靈活的閾值選項和全方位的安全保護功能，適用于多種小尺寸可穿戴設備。在實際應用中，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，以確保設備的安全和穩(wěn)定運行。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)驗和見解。