SGM41526A/SGM41527A：高效鋰電池充電器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，鋰電池作為主流的電源存儲(chǔ)設(shè)備，其充電器的性能直接影響著設(shè)備的使用體驗(yàn)和壽命。SGM41526A和SGM41527A作為1.6MHz同步鋰離子/鋰聚合物獨(dú)立電池充電器，具備自動(dòng)電源路徑選擇功能，為鋰電池充電提供了高效、可靠的解決方案。下面我們將深入探討這兩款充電器的特性、工作原理及應(yīng)用設(shè)計(jì)。

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產(chǎn)品特性

充電性能卓越

• 高頻率同步充電：采用1.6MHz的PWM充電器，具備逐周期電流限制功能，集成24V開(kāi)關(guān)MOSFET和自舉二極管，實(shí)現(xiàn)高效充電。例如，在4A同步充電時(shí)，能快速為電池補(bǔ)充電量。
• 高充電效率：最高可達(dá)95.2%的充電效率，減少能量損耗，提高充電速度。
• 寬輸入電壓范圍：輸入工作電壓范圍為4.5V至22V，可適應(yīng)多種電源適配器，并且絕對(duì)最大輸入電壓額定值為30V，還具備可調(diào)過(guò)壓閾值功能，增強(qiáng)了設(shè)備的安全性。

精準(zhǔn)的電流和電壓調(diào)節(jié)

• 高精度調(diào)節(jié)：具備±0.4%的充電電壓調(diào)節(jié)精度、±5%的充電電流調(diào)節(jié)精度和±4%的輸入電流調(diào)節(jié)精度，確保電池充電過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性。
• 電池電壓選擇靈活：SGM41526A可通過(guò)CELL引腳選擇2、3或4節(jié)電池，每節(jié)電池固定電壓為4.2V；SGM41527A則可通過(guò)FB引腳實(shí)現(xiàn)可調(diào)充電電壓，滿(mǎn)足不同電池的充電需求。

安全保護(hù)功能完善

• 熱調(diào)節(jié)與熱關(guān)斷：當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+120°C時(shí)，會(huì)進(jìn)行熱調(diào)節(jié)，限制電流；當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+150°C時(shí)，會(huì)觸發(fā)熱關(guān)斷，保護(hù)設(shè)備安全。
• 電池?zé)崦?a target="_blank">電阻感測(cè)：可根據(jù)電池溫度進(jìn)行充電暫停，避免在過(guò)熱或過(guò)冷的情況下充電，延長(zhǎng)電池壽命。
• 輸入欠壓鎖定和過(guò)壓保護(hù)：防止輸入電壓異常對(duì)設(shè)備造成損壞。

工作原理

充電階段

一個(gè)完整的電池充電周期通常包括預(yù)充電、恒流和恒壓三個(gè)階段。

• 預(yù)充電階段：當(dāng)電池電壓較低時(shí)，以較小的電流進(jìn)行預(yù)充電，幫助電池從深度放電狀態(tài)恢復(fù)。例如，當(dāng)電池電壓低于VLOWV時(shí)，預(yù)充電電流為快速充電電流的10%。
• 恒流階段：當(dāng)電池電壓超過(guò)閾值電壓后，充電電流增加到最大值，進(jìn)行快速充電。
• 恒壓階段：當(dāng)電池電壓達(dá)到調(diào)節(jié)水平后，電壓保持恒定，充電電流逐漸下降。當(dāng)充電電流下降到快速充電電流的10%以下時(shí)，充電終止。

電源路徑選擇

SGM41526A和SGM41527A能夠自動(dòng)選擇電池或適配器作為系統(tǒng)的電源。在設(shè)備上電或睡眠模式下，系統(tǒng)默認(rèn)由電池供電；當(dāng)檢測(cè)到合格的適配器時(shí)，設(shè)備退出睡眠模式，系統(tǒng)切換到適配器供電。通過(guò)外部開(kāi)關(guān)和內(nèi)部邏輯控制，實(shí)現(xiàn)電源路徑的自動(dòng)切換，同時(shí)避免電池向輸入源反饋電流。

動(dòng)態(tài)功率管理（DPM）

DPM功能可防止輸入源過(guò)載。當(dāng)系統(tǒng)對(duì)功率需求較高時(shí)，會(huì)降低輸出充電電流，將輸入電流調(diào)節(jié)到預(yù)定的最大值，從而可以使用功率較低的AC適配器，減小適配器的尺寸和成本。

應(yīng)用設(shè)計(jì)

典型應(yīng)用電路

SGM41526A和SGM41527A適用于平板電腦、便攜式終端和打印機(jī)、便攜式醫(yī)療設(shè)備以及電池備份系統(tǒng)等多種應(yīng)用場(chǎng)景。以SGM41526A為例，其典型應(yīng)用電路展示了如何連接各個(gè)組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)2節(jié)電池的充電。

元件選擇

• 電感選擇：由于設(shè)備的高開(kāi)關(guān)頻率（1.6MHz），可以使用較小的電感和電容。電感的飽和電流應(yīng)滿(mǎn)足 (I{SAT} geq I{CHG}+(1 / 2) I_{RIPPLE}) ，同時(shí)要考慮電感的初始公差、熱效應(yīng)和最大電流下的電感值下降。例如，在4A充電電流的設(shè)計(jì)中，選擇3.3μH的電感較為合適。
• 電容選擇：輸入電容需要具備低ESR和ESL，以防止高頻電流引起的電壓振鈴。輸出電容應(yīng)能夠旁路電感紋波，保持電壓紋波低，同時(shí)具備足夠的RMS電流額定值。例如，對(duì)于高電流充電器，建議使用20μF以上的輸入電容和20μF的輸出電容。
• 輸入開(kāi)關(guān)對(duì)選擇：ACFET和RBFET應(yīng)選擇低RDS(ON)的N型MOSFET，通過(guò)外部電容可以減緩Q1的導(dǎo)通時(shí)間，限制浪涌電流。

PCB布局

良好的PCB布局對(duì)于開(kāi)關(guān)電路的正常運(yùn)行至關(guān)重要。需要注意以下幾點(diǎn)：

• 減小開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）的阻抗和環(huán)路面積，降低高頻噪聲。
• 輸入和去耦電容應(yīng)盡可能靠近設(shè)備引腳和地，使用最短的銅跡線(xiàn)。
• 減小SW節(jié)點(diǎn)的表面積，避免敏感和高阻抗跡線(xiàn)靠近開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)。
• 正確放置充電電流感測(cè)電阻，使用開(kāi)爾文連接方式進(jìn)行精確電流感測(cè)。
• 保持輸入和輸出電容的接地返回點(diǎn)連接在一起，并在同一層連接到設(shè)備的PGND。
• 使用多個(gè)熱過(guò)孔將散熱墊連接到PCB的另一側(cè)和其他層，提高設(shè)備的散熱性能。

總結(jié)

SGM41526A和SGM41527A作為高性能的鋰電池充電器，具備高效充電、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和完善的安全保護(hù)功能。在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，合理選擇元件和優(yōu)化PCB布局，可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，為各種便攜式設(shè)備提供可靠的充電解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，靈活調(diào)整參數(shù)，確保充電器的性能和穩(wěn)定性。你在使用這兩款充電器的過(guò)程中，遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。