SGM41102/SGM41102A：小巧封裝下的鋰電池保護(hù)利器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，鋰電池的應(yīng)用無(wú)處不在，從可穿戴設(shè)備到物聯(lián)網(wǎng)小工具，鋰電池以其高能量密度和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)成為了主流電源。然而，鋰電池的安全性問(wèn)題也備受關(guān)注，過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流等情況都可能對(duì)電池造成損害，甚至引發(fā)安全事故。SGMICRO推出的SGM41102/SGM41102A真單片鋰離子/聚合物電池保護(hù)器，為鋰電池的安全使用提供了可靠的解決方案。

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一、產(chǎn)品概述

SGM41102/SGM41102A專為鋰離子/聚合物可充電電池的初級(jí)保護(hù)而設(shè)計(jì)。它將聚合物可充電電池安全運(yùn)行所需的所有保護(hù)功能集成在一個(gè)芯片上，并且采用了超小超薄的封裝形式。這種小巧的解決方案為小型可穿戴設(shè)備節(jié)省了寶貴的空間，使得電池能夠更輕松地適配設(shè)備的內(nèi)部空間。

該產(chǎn)品的工作溫度范圍為 -40℃ 至 +85℃，采用了超薄低輪廓的UTDFN - 1.5×2 - 6L封裝，標(biāo)稱高度僅為0.5mm，非常適合小型電池的包裝設(shè)計(jì)。

二、產(chǎn)品特性

（一）超緊湊保護(hù)解決方案

SGM41102/SGM41102A將所有保護(hù)功能和所需的低導(dǎo)通電阻斷開開關(guān)集成在一個(gè)芯片上，大大減小了電路板的占用空間，為小型設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了便利。

（二）低導(dǎo)通電阻和低工作電流

其導(dǎo)通電阻典型值為43mΩ，工作電流典型值為1.8μA，這意味著在電池充放電過(guò)程中，能夠有效減少能量損耗，提高電池的使用效率。

（三）可編程過(guò)壓閾值

工廠可編程的過(guò)壓閾值選項(xiàng)范圍為4.20V至4.575V，步長(zhǎng)為0.025V，用戶可以根據(jù)不同的電池需求進(jìn)行靈活設(shè)置，確保電池在安全的電壓范圍內(nèi)工作。

（四）多種保護(hù)功能

1. 過(guò)充/過(guò)放電流保護(hù)：提供4種閾值組合選項(xiàng)，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的保護(hù)閾值，有效防止電池過(guò)充和過(guò)放。
2. 過(guò)放電流保護(hù)選擇：SGM41102在過(guò)放電流觸發(fā)時(shí)采用一次性鎖存機(jī)制，而SGM41102A則會(huì)持續(xù)重試檢測(cè)負(fù)載恢復(fù)情況，兩種方式各有優(yōu)勢(shì)，可根據(jù)具體需求選擇。
3. 電池欠壓保護(hù)：提供2.6V/2.7V/2.8V/3.0V四種選項(xiàng)，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定的欠壓閾值時(shí)，及時(shí)切斷放電路徑，保護(hù)電池免受過(guò)度放電的損害。
4. 深放電關(guān)機(jī)：關(guān)機(jī)電流僅為50nA，能夠在電池深度放電時(shí)將功耗降至最低，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
5. 其他保護(hù)功能：還具備0V電池充電、輸入浪涌鉗位、輸入過(guò)壓安全、負(fù)載短路安全、反極性電池安全、輸入反接安全以及電池組并聯(lián)安全等功能，全方位保障電池的安全使用。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）物聯(lián)網(wǎng)小工具

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各種小型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備層出不窮。SGM41102/SGM41102A的超緊湊封裝和低功耗特性，使其非常適合應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)小工具中，如智能手環(huán)、智能手表、無(wú)線傳感器等，為這些設(shè)備的電池提供可靠的保護(hù)。

（二）可穿戴設(shè)備

可穿戴設(shè)備對(duì)體積和重量有著嚴(yán)格的要求，SGM41102/SGM41102A的小巧尺寸和高效保護(hù)功能，能夠滿足可穿戴設(shè)備的需求，確保電池的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）電池組

在各種電池組應(yīng)用中，SGM41102/SGM41102A可以為電池提供全面的保護(hù)，防止電池在充放電過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流等問(wèn)題，提高電池組的安全性和可靠性。

四、引腳配置與功能

五、電氣特性

（一）過(guò)充電壓閾值

不同型號(hào)的SGM41102/SGM41102A在不同溫度條件下具有不同的過(guò)充電壓閾值，具體數(shù)值可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)電池的特性和使用環(huán)境選擇合適的型號(hào)，以確保電池的安全充電。

（二）其他電氣參數(shù)

還包括過(guò)充釋放滯后、電池欠壓閾值、欠壓釋放滯后、關(guān)機(jī)電壓、過(guò)放電流、過(guò)充電流、導(dǎo)通電阻、工作電流、關(guān)機(jī)電流、過(guò)壓檢測(cè)延遲、欠壓檢測(cè)延遲、過(guò)放電流檢測(cè)延遲、過(guò)充電流檢測(cè)延遲、放電短路檢測(cè)延遲和放電短路電流等參數(shù)。這些參數(shù)共同保證了電池在各種情況下的安全運(yùn)行。

六、典型性能特性

（一）過(guò)充電壓與充電電流和溫度的關(guān)系

通過(guò)歸一化曲線可以看出，過(guò)充電壓會(huì)隨著充電電流和溫度的變化而發(fā)生一定的變化。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要考慮這些因素對(duì)過(guò)充電壓的影響，以確保電池的充電安全。

（二）過(guò)充電流與電池電壓和溫度的關(guān)系

過(guò)充電流也會(huì)受到電池電壓和溫度的影響。了解這些關(guān)系有助于合理設(shè)置過(guò)充電流保護(hù)閾值，防止電池過(guò)充。

（三）過(guò)放電流與電池電壓和溫度的關(guān)系

同樣，過(guò)放電流與電池電壓和溫度也存在一定的關(guān)系。在電池放電過(guò)程中，需要根據(jù)這些關(guān)系來(lái)設(shè)置過(guò)放電流保護(hù)閾值，避免電池過(guò)度放電。

（四）導(dǎo)通電阻與電池電壓、放電電流和溫度的關(guān)系

導(dǎo)通電阻會(huì)隨著電池電壓、放電電流和溫度的變化而變化。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要考慮導(dǎo)通電阻對(duì)電池充放電效率的影響，選擇合適的工作條件。

七、詳細(xì)工作原理

（一）電壓相關(guān)保護(hù)

1. 過(guò)充保護(hù)：當(dāng)電池電壓達(dá)到過(guò)壓閾值（VoV）時(shí)，充電路徑開路。當(dāng)充電器電壓低于電池電壓，且電池電壓回落到過(guò)壓閾值以下約VovHYS時(shí)，充電路徑再次閉合。
2. 過(guò)放保護(hù)：當(dāng)電池電壓低于欠壓閾值（VUV）持續(xù)tUVPD時(shí)間或瞬間低于關(guān)機(jī)電壓（VSHDN）時(shí)，放電路徑開路，設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)，只有極低的電阻泄漏電流流入，以盡可能避免電池過(guò)度放電。當(dāng)充電電源接入，電池電壓上升到VUV閾值以上約VUVHYS時(shí)，放電路徑再次閉合。
3. 0V充電功能：該功能允許對(duì)電壓極低的電池進(jìn)行充電。當(dāng)施加的電壓大于1.6V時(shí)，充電開始。如果電池電壓在0V至VSHDN之間，充電電流通過(guò)MOSFET體二極管流動(dòng)；如果在VSHDN至VUV之間，路徑開關(guān)每34ms導(dǎo)通32ms，斷開2ms，充電電流通過(guò)體二極管流動(dòng)。在此期間，充電器會(huì)看到終端電壓有上下波動(dòng)。

（二）電流相關(guān)保護(hù)

1. 過(guò)放電流保護(hù)：當(dāng)出現(xiàn)過(guò)放電流情況并持續(xù)過(guò)放電流檢測(cè)延遲（tODD）時(shí)間時(shí)，放電路徑打開。SGM41102會(huì)保持開路狀態(tài)，直到負(fù)載移除或充電器接入；而SGM41102A會(huì)持續(xù)重試，直到過(guò)流情況解除或電池放電至低電壓進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)。
2. 過(guò)充電流保護(hù)：在充電過(guò)程中，如果檢測(cè)到過(guò)充電流，SGM41102/SGM41102A會(huì)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。該狀態(tài)可通過(guò)移除充電器（移除電池組）來(lái)重置。
3. 短路保護(hù)：當(dāng)放電電流超過(guò)過(guò)流閾值時(shí)，放電路徑會(huì)在tocso時(shí)間內(nèi)瞬間斷開，以保護(hù)電池免受潛在的過(guò)流應(yīng)力。斷開后，SGM41102/SGM41102A會(huì)保持鎖定非導(dǎo)通狀態(tài)，直到重新激活。
4. 突發(fā)負(fù)載涌流：在許多系統(tǒng)中，會(huì)出現(xiàn)瞬間過(guò)載情況。該設(shè)備允許在檢測(cè)到過(guò)放電流后的過(guò)放電流檢測(cè)延遲時(shí)間內(nèi)，放電路徑保持閉合，以適應(yīng)這種短時(shí)間的放電情況。
5. 電池組并聯(lián)：當(dāng)并聯(lián)兩個(gè)使用SGM41102/SGM41102A的電池組時(shí)，瞬間的電流浪涌可能會(huì)導(dǎo)致電壓較低的電池組觸發(fā)過(guò)充電流保護(hù)，而電壓較高的電池組可能會(huì)進(jìn)入過(guò)放電流保護(hù)。只有當(dāng)電壓較高的電池組放電至略低于電壓較低的電池組時(shí)，過(guò)充或過(guò)放電流保護(hù)才會(huì)重置，之后兩個(gè)電池組都會(huì)導(dǎo)通。為避免電流過(guò)應(yīng)力，建議在并聯(lián)電池組之前，先將電池組置于鎖定開路非導(dǎo)通狀態(tài)（通過(guò)瞬間連接BYPS和PCKN）。當(dāng)充電電源接入并聯(lián)的電池組時(shí)，鎖定開路狀態(tài)會(huì)解除。

八、使用注意事項(xiàng)

（一）電池安裝

在電池組裝過(guò)程中，應(yīng)避免電池兩端（P和M）短路，以免引發(fā)過(guò)高的浪涌電流和電壓浪涌，損壞電池和保護(hù)電路。建議在PCB上的陽(yáng)極焊盤周圍留出足夠的間隙，或者在組裝時(shí)先焊接/連接陽(yáng)極，以避免陽(yáng)極與地平面意外短路。

（二）浪涌、ESD和反接

SGM41102/SGM41102A能夠吸收PCKP和PCKN之間的電壓浪涌，通過(guò)其開關(guān)和電池傳導(dǎo)浪涌電流。但電池反向放置或充電輸入反接（不能同時(shí)發(fā)生）會(huì)導(dǎo)致過(guò)應(yīng)力，在正常生產(chǎn)檢驗(yàn)中不應(yīng)進(jìn)行此類測(cè)試，以免影響設(shè)備性能或造成損壞。同時(shí)，由于電池組在ESD事件中可能會(huì)感應(yīng)大量電荷，需要精心設(shè)計(jì)導(dǎo)電路徑，以避免電池及其相關(guān)連接部件受到ESD損害。

（三）電化學(xué)腐蝕

電池會(huì)持續(xù)在電極上施加電位，可能導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。腐蝕產(chǎn)物可能會(huì)在表面貼裝器件下方的空洞中擴(kuò)散，導(dǎo)致漏電。因此，建議進(jìn)行防潮涂層處理，特別是在使用緊湊型器件時(shí)。

（四）評(píng)估測(cè)試

某些類型的電子負(fù)載模擬器可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的浪涌電流，一些BPM測(cè)試儀可能會(huì)出現(xiàn)電壓過(guò)渡浪涌，這些都可能觸發(fā)SGM41102/SGM41102A的保護(hù)功能。在使用這些設(shè)備進(jìn)行評(píng)估時(shí)，需要格外注意，并確保外部電壓和電流在數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定的絕對(duì)最大額定值范圍內(nèi)。

（五）保護(hù)參數(shù)選擇

不同供應(yīng)商的電池型號(hào)可能針對(duì)不同應(yīng)用進(jìn)行了定制，因此需要咨詢電池供應(yīng)商，以確定特定電池型號(hào)的保護(hù)限值。同時(shí)，保護(hù)電路和充電器電路中影響相同變量的參數(shù)應(yīng)進(jìn)行合理設(shè)置，以確保正確的充電或放電保護(hù)順序。例如，電池的過(guò)壓閾值應(yīng)比充電器的恒壓閾值高50mV - 100mV。如果Vov低于電池充電器的滿充電壓，保護(hù)電路會(huì)在電池未充滿電時(shí)切斷充電路徑；如果Ioc低于充電電流，保護(hù)電路也會(huì)進(jìn)入鎖定狀態(tài)。在這種情況下，需要移除充電器輸入，然后重新施加，以使保護(hù)電路從鎖定狀態(tài)恢復(fù)到導(dǎo)通狀態(tài)。如果在Vov或Ioc事件發(fā)生后未移除充電器，即使電池電壓耗盡，電池也無(wú)法充電。

九、總結(jié)

SGM41102/SGM41102A以其超緊湊的封裝、豐富的保護(hù)功能和良好的電氣性能，為鋰離子/聚合物電池提供了全面、可靠的保護(hù)解決方案。在設(shè)計(jì)電子設(shè)備時(shí)，合理選擇和使用SGM41102/SGM41102A，能夠有效提高電池的安全性和使用壽命，同時(shí)滿足設(shè)備對(duì)體積和功耗的要求。希望廣大電子工程師在實(shí)際應(yīng)用中能夠充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，為電子設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

你在使用SGM41102/SGM41102A的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題？你對(duì)該產(chǎn)品的保護(hù)功能有什么獨(dú)特的見解嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。