SGM41575：高性能1 - 4 節(jié)電池充電器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池充電器的性能至關(guān)重要，它直接影響著設(shè)備的充電效率、電池壽命以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。SG Micro 推出的 SGM41575 是一款 I2C 控制的 1 - 4 節(jié)電池充電器，集成了 4 個(gè)開關(guān) MOSFET 的降壓 - 升壓功能以及系統(tǒng)電源路徑管理，為我們帶來了諸多優(yōu)勢(shì)。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 寬輸入電壓范圍與高耐壓能力

SGM41575 具備 3.6V 至 24V 的寬工作輸入電壓范圍，可持續(xù)承受高達(dá) 30V 的電壓。這使得它能夠適應(yīng)各種不同的電源適配器，無論是傳統(tǒng)的 5V USB 適配器，還是高電壓的 HVDCP 和 USB - PD 適配器，都能輕松應(yīng)對(duì)。

2. 低功耗設(shè)計(jì)

在僅由電池供電的模式下，其靜態(tài)電流低至 22μA（典型值）；在關(guān)機(jī)模式下，關(guān)機(jī)電流更是低至 0.4μA（典型值）。這種低功耗設(shè)計(jì)有助于延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，特別是在設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間閑置或處于低功耗狀態(tài)時(shí)，能有效減少電池的損耗。

3. 高效充電能力

對(duì)于 2 節(jié) 8V 電池，從 12V 輸入以 2A 充電電流充電時(shí)，效率高達(dá) 95.5%。同時(shí)，其快速充電電流可在 50mA 至 5A 之間以 10mA 的步長(zhǎng)進(jìn)行編程，滿足不同電池和設(shè)備的充電需求。

4. 靈活的 OTG 功能

支持 USB On - The - Go（OTG）操作，默認(rèn)在 VBUS 上提供 5V 輸出，輸出電流限制高達(dá) 3.32A。OTG 電壓可在 2.8V 至 22V 之間以 10mV 的分辨率進(jìn)行編程，支持 USB - PD PPS 功能，方便為其他設(shè)備充電。

5. 全面的保護(hù)功能

具備電池溫度監(jiān)測(cè)、充電安全定時(shí)器、過流和過壓保護(hù)等多種保護(hù)功能。當(dāng)出現(xiàn)任何故障時(shí)，會(huì)通過 nINT 脈沖通知主機(jī)，確保電池充電和系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

二、工作模式與原理

1. 電源路徑管理

采用窄 VDC 架構(gòu)（NVDC），通過 BATFET 將系統(tǒng)與電池分離。即使沒有電池或電池完全耗盡，系統(tǒng)電壓也能被調(diào)節(jié)到高于最低系統(tǒng)電壓。同時(shí)，具備動(dòng)態(tài)功率管理（DPM）功能，可避免輸入適配器過載，通過減少充電電流來保持系統(tǒng)電壓在最低設(shè)置值。

2. 充電模式

根據(jù)適配器電壓和電池電壓，自動(dòng)工作在降壓、升壓或降壓 - 升壓配置下，支持 1 - 4 節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池的充電。充電過程分為涓流充電、預(yù)充電、恒流充電、恒壓充電和可選的頂充涓流充電五個(gè)階段，確保電池充電的安全和高效。

3. OTG 模式

當(dāng)滿足一定條件時(shí)，如電池電壓高于 (V{BAT_OTG})、VBUS 電壓低于 (V{VBUS_PRESENT}) 且 TS 引腳電壓在正常范圍內(nèi)，可開啟 OTG 模式。在 OTG 模式下，設(shè)備將電池的能量輸送到外部 USB 端口，同時(shí)會(huì)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)電池放電電流，以確保系統(tǒng)負(fù)載的優(yōu)先級(jí)。

三、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 電感選擇

提供 750kHz 和 1.5MHz 兩種頻率操作，可在 POR 時(shí)通過 PROG 引腳電阻進(jìn)行配置，也可在正常操作期間進(jìn)行編程。對(duì)于 750kHz 操作，推薦使用 2.2μH 的電感；對(duì)于 1.5MHz 操作，推薦使用 1μH 的電感。選擇電感時(shí)，需考慮降壓和升壓操作，確保電感的紋波電流在最大輸出或輸入電流的 20% - 40% 范圍內(nèi)，且電感飽和電流 (I{SAT}) 高于 (I{PK_BUCK}) 和 (I_{PK_BOOST}) 中的較大值。

2. 電容選擇

• 輸入電容：在降壓模式下，選擇低 ESR 陶瓷輸入電容（X7R 或 X5R），以滿足足夠的電壓和 RMS 紋波電流額定值，用于解耦輸入開關(guān)紋波電流。在升壓模式下，VBUS 和 PMID 的有效電容應(yīng)足夠大，以吸收 VBUS 輸入開關(guān)紋波電流。同時(shí)，由于 VBUS 和 PMID 之間內(nèi)部連接有一個(gè)典型的 10mΩ 電阻用于電流感應(yīng)，在 PMID 引腳放置的電容不能太大，建議連接一個(gè) 10μF/25V/0805 陶瓷電容和一個(gè) 0.1μF 陶瓷電容到 GND。
• 輸出電容：在降壓模式下，輸出電容需有足夠的 RMS 電流額定值，以承載電感開關(guān)紋波并為系統(tǒng)瞬態(tài)電流需求提供足夠的能量。在升壓模式下，輸出電流是不連續(xù)的，需要輸出電容為負(fù)載提供交流電流，推薦使用低 ESR 陶瓷電容。

3. SFET 選擇

支持通過連接外部 N 溝道 MOSFET（SFET）實(shí)現(xiàn)船運(yùn)模式、關(guān)機(jī)模式和系統(tǒng)電源復(fù)位功能。對(duì)于 1 節(jié)電池應(yīng)用，建議選擇 (V{GS(TH)_MAX}) 低于 1.5V 的 MOSFET 作為 SFET，以避免過高的 (R{DS(ON)}) 和過低的 BAT 電壓。

4. 布局準(zhǔn)則

由于開關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，因此在布局時(shí)需要特別注意。要將輸出電容盡可能靠近 SYS 和 BAT 引腳放置，輸入電容靠近 PMID 和 GND 引腳放置，電感靠近 SW1 和 SW2 引腳連接。同時(shí)，要注意減少電流路徑阻抗和環(huán)路面積，避免使用過孔，保持高頻電流路徑短且在同一層，使用單獨(dú)的模擬地（AGND）并僅在一點(diǎn)與 GND 連接，以減少噪聲干擾。

四、總結(jié)

SGM41575 憑借其寬輸入電壓范圍、低功耗、高效充電、靈活的 OTG 功能以及全面的保護(hù)機(jī)制，成為智能手機(jī)、平板電腦和其他便攜式設(shè)備中電池充電和電源路徑管理的理想選擇。在設(shè)計(jì)過程中，合理選擇電感、電容和 SFET，并遵循正確的布局準(zhǔn)則，能夠充分發(fā)揮 SGM41575 的性能優(yōu)勢(shì)，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的充電解決方案。

各位電子工程師在實(shí)際應(yīng)用中，不妨考慮 SGM41575 的這些特性，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)需求，打造出更優(yōu)秀的產(chǎn)品。你在使用類似充電器的過程中，遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。