SGM41106A:小尺寸鋰離子/聚合物電池的理想保護(hù)方案
在當(dāng)今的電子設(shè)備中,尤其是小型可穿戴設(shè)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(guān)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(shè)計的單片初級保護(hù)器件,集成了電池開關(guān),為電池的安全運行提供了全面的保護(hù)。
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一、產(chǎn)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(shè)備節(jié)省了寶貴的空間,讓電池能夠更好地適配設(shè)備的腔體。該器件集成了雙向阻斷開關(guān)和所有必要的保護(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),確保電池在各種情況下都能安全運行。
二、產(chǎn)品特性
2.1 超緊湊保護(hù)方案
其緊湊的設(shè)計使得它在小型設(shè)備中具有很大的優(yōu)勢,能夠在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)完整的電池保護(hù)功能。
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,在電池電量有限的小型設(shè)備中,能夠有效延長電池的使用時間。
- 深度放電關(guān)斷電流典型值為2nA,進(jìn)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(jù)具體的電池需求進(jìn)行選擇。
- 過充/放電電流保護(hù)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(shè)置電池開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài),方便電池的長期儲存和運輸。
2.5 其他保護(hù)功能
- 支持0V電池充電,即使電池電量嚴(yán)重耗盡也能進(jìn)行充電。
- 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、電池反接保護(hù)和充電輸入反接保護(hù)等功能,全方位保障電池的安全。
三、關(guān)鍵參數(shù)
3.1 電氣參數(shù)
| 參數(shù) | 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(dǎo)通電壓范圍 | VNORM_ON | 充電時可能保持連續(xù)導(dǎo)通的最大電壓范圍 | 2.8 | - | 4.6 | V |
| 開關(guān)導(dǎo)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(guān)斷電流 | ISD | 因電池電量低或SM輸入控制而關(guān)斷,TJ = +25℃ | 2 | - | 50 | nA |
| TJ = -40℃ to +85℃ | 2 | - | 60 | nA |
3.2 保護(hù)閾值
- 過壓閾值:根據(jù)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(jù)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(xì)介紹
4.1 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)電池電壓超過設(shè)定的過壓閾值((V{BAT}>V{OV}))時,電池開關(guān)進(jìn)入充電阻斷模式,禁止進(jìn)一步充電,僅允許電流向放電方向流動。當(dāng)電池電壓因放電降至安全水平時,充電恢復(fù)。
- 欠壓保護(hù):如果電池電壓不在過壓范圍內(nèi),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設(shè)定的欠壓閾值((V{BAT}
{UV}))時,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),此時電池開關(guān)僅允許電流向充電方向流動,且在欠壓保護(hù)狀態(tài)下,充電過流檢測功能不起作用。
4.2 電流相關(guān)保護(hù)
- 電池開關(guān)導(dǎo)通時,定期監(jiān)測電池電流。充電和放電都有過流保護(hù),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(yīng)的過流情況,充電或放電將被阻斷。
- 當(dāng)檢測到開關(guān)正向電壓使充電狀態(tài)無效時,充電阻斷解除。放電恢復(fù)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(fù)載短路保護(hù)
如果放電電流超過設(shè)定的短路閾值(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器進(jìn)行重試(打嗝)。
4.4 電池反接和充電輸入反接保護(hù)
- 電池反接時,流入負(fù)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(guān)進(jìn)入放電阻斷模式。
4.5 運輸模式控制
當(dāng)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(guān)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?zé)o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(dāng)兩個使用SGM41106A的電池組并聯(lián)時,瞬間的電流浪涌可能會導(dǎo)致電壓較低的電池組觸發(fā)充電過流保護(hù),電壓較高的電池組可能進(jìn)入放電過流保護(hù)。只有當(dāng)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(hù)才會復(fù)位,之后兩個電池組都可以導(dǎo)通。
五、應(yīng)用信息
5.1 短路和ESD測試
在組裝的電池和保護(hù)板(有或無電池)上,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,應(yīng)使用低電壓、低電感的電源。
5.2 ESD保護(hù)
如果電池是組件中最大的導(dǎo)電物體并屏蔽了設(shè)備的其他部分,需要精心設(shè)計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(dāng)充電輸入過壓時,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的放電能力而不會損壞。當(dāng)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(jié)
SGM41106A以其超緊湊的設(shè)計、豐富的保護(hù)功能和靈活的閾值選項,成為小型鋰離子/聚合物電池保護(hù)的理想選擇。無論是在可穿戴設(shè)備還是其他小型電子設(shè)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(shè)計相關(guān)產(chǎn)品時,可以充分考慮SGM41106A的特性和優(yōu)勢,以提高產(chǎn)品的性能和可靠性。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似的電池保護(hù)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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電池保護(hù)
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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
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