SGM41106：小尺寸锂/聚合物电池的理想保护方案

在当今的电子设备中，尤其是小型可穿戴设备，电池的安全和高效使用至关重要。SGMICRO推出的SGM41106是一款专为小型锂离子或锂聚合物电池设计的单片式初级保护器件，集成了电池安全运行所需的所有保护功能，同时具备电池开关功能，为电池管理提供了全面的解决方案。

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一、产品概述

SGM41106采用超紧凑的封装形式，其小尺寸解决方案为小型可穿戴设备节省了宝贵的空间，使电池能够更好地适配设备腔体。该产品具有超低的功耗和出色的保护性能，能够有效保障电池的安全和稳定运行。

主要特性

1. 超紧凑保护方案：采用Green XTDFN - 1×1 - 4L封装，体积小巧，适合空间有限的应用场景。
2. 低导通电阻：典型导通电阻为100mΩ，可降低功率损耗，提高电池使用效率。
3. 低工作电流：典型工作电流仅为0.7μA，有助于延长电池续航时间。
4. 工厂可编程过压阈值：提供4.225V至4.6V的过压阈值选项，步长为0.025V，可根据不同应用需求进行灵活配置。
5. 过充/过放电流保护：提供3种过充/过放电流阈值组合选项，增强了电池的安全性。
6. 电池欠压保护：提供2.8V/3.0V两种欠压阈值选项，可有效防止电池过度放电。
7. 0V电池充电允许：支持对电压极低甚至为0V的电池进行充电，提高了电池的适用性。
8. 深度放电关断：典型深度放电关断电流为2nA，可进一步降低电池功耗。
9. 输入引脚用于锁存和释放：方便控制电池开关的状态，实现电池的长期存储和电源回收。
10. 负载短路保护：确保在负载短路时电池和设备的安全。
11. 电池组并联安全：支持电池组并联使用，保障并联电池组的安全运行。
12. 充电输入电压钳位：防止充电输入过压对电池和设备造成损坏。
13. 电池反接保护：即使电池反接，也能确保设备的安全。

二、应用领域

SGM41106适用于多种小型电子设备，如耳机、手写笔、手环、手表等。这些设备通常对电池的体积和安全性有较高要求，SGM41106的超紧凑设计和全面的保护功能正好满足了这些需求。

三、关键参数与选型

关键参数

参数	数值
标称导通状态工作电流	0.7µA
标称开关关断泄漏电流	2nA
电池关断延迟	1.5s
标称开关导通电阻	100mΩ

选型指南

SGM41106的型号命名规则为SGM41106 - AAABCD，其中：

• “AAA”表示过压阈值选项代码，对应不同的过压阈值（4.225V - 4.6V）。
• “B”表示欠压阈值选项代码，可选2.8V或3.0V。
• “C”表示充/放电过流阈值选项代码，有200/230mA、310/360mA、625/650mA三种选项。
• “D”表示可疑放电短路电流阈值选项代码，可选1.2A或2.5A。

工程师在选型时，可根据具体应用需求选择合适的型号。例如，对于对电池电压要求较高的应用，可选择过压阈值较高的型号；对于对电流保护要求较高的应用，可选择过流阈值合适的型号。

四、引脚配置与功能

引脚配置

引脚	名称	类型	功能
1	VDD	AI	设备偏置电源/电池电压感应输入
2	BATN	P	开关端子，连接电池负极
3	SM	AI	外部开/关输入，用于设置或释放电池开关的关断状态（运输模式）
4	PCKN	P	开关端子，连接系统负载的负极端子
外露焊盘	EP	-	封装外露焊盘，无内部连接，建议外部连接到BATN

引脚功能说明

• VDD：为设备提供偏置电源，并用于感应电池电压。
• BATN：连接电池负极，是电池电流的通道。
• SM：通过外部输入控制电池开关的状态，可实现电池的长期存储和电源回收。
• PCKN：连接系统负载的负极端子，输出电池电流。
• EP：虽然无内部连接，但建议外部连接到BATN，有助于散热和提高电气性能。

五、电气特性

工作电压范围

正常充电源电压范围为 - 0.5V至6V，正常导通电压范围为2.8V至4.6V，确保了设备在不同电压条件下的稳定工作。

导通电阻

在不同温度下，导通电阻有所变化。在25℃时，典型导通电阻为100mΩ；在 - 40℃至 + 85℃的温度范围内，导通电阻在60mΩ至140mΩ之间。

工作电流和关断电流

工作电流在25℃时典型值为0.7μA，在 - 40℃至 + 85℃的温度范围内为0.7μA至1.2μA；关断电流在25℃时典型值为2nA，最大为50nA，有效降低了电池的功耗。

保护检测延迟

过压检测延迟、欠压检测延迟、充/放电过流检测延迟等参数确保了设备能够及时响应异常情况，保护电池和设备的安全。例如，过压检测延迟典型值为0.8ms，欠压检测延迟典型值也为0.8ms，充/放电过流检测延迟典型值为72ms。

六、功能原理

电压相关保护

• 过压保护：在充电过程中，定期监测电池电压。当电池电压超过设定的过压阈值（ (V{BAT }>V{OV }) ）时，电池开关进入充电阻断模式，禁止进一步充电，仅允许电流向放电方向流动。当电池电压因放电降至安全水平时，充电恢复。
• 欠压保护：如果电池电压不在过压范围内，则定期检查电池电压是否过低。当检测到低电池电压（ (V{BAT}{UV}) ）时，电池开关阻断电池放电方向，设备进入无损关断状态，仅允许电流向充电方向流动，且在欠压保护状态下，充电过流检测功能失效。

电流相关保护

在电池开关导通时，定期监测电池电流。充电和放电过程均有过流保护，各自有独立的阈值和延迟定时器。当检测到相应的过流情况时，充电或放电将被阻断。充电过流阈值或放电过流阈值取决于所选的“C”代码。充电阻断在检测到开关正向电压使充电状态无效时解除，放电恢复采用打嗝模式，检测到过流后阻断时间为 (t{RETRY }=3 ~s) ，如果再次检测到放电过流，则再次阻断 (t{RETRY }) 时间。

负载短路保护

当放电电流超过 (I_{DSC}) （1.2A或2.5A，取决于“D”代码）时，电池开关进入放电阻断模式，并启动电池连接定时器进行重试（打嗝）。

电池反接保护

电池反接时，设备不会阻断流入负载的电流，但只要电流不过高导致过热损坏，设备就是安全的。

充电输入反接保护

充电输入反接且电压低于5V时，设备是安全的，不会造成损坏（电池无电流流出）。充电反接会触发放电过流事件，开关进入放电阻断模式。

电池开关控制

通过改变SM引脚电压为低（ (V{BATN }) ），可以打开或关闭电池开关。SM引脚对边沿敏感，必须改变状态。输入状态会锁存到最后一次施加的状态，即使输入在转换后短时间内浮空。只有当电池电压高于 (V{UV}) 时，SM引脚的输入才允许关闭电池开关，否则开关状态保持不变，输入被忽略。

七、应用注意事项

短路和ESD测试

在组装电池和保护板时，短路和ESD测试至关重要。ESD或短路浪涌可能会降低整体可靠性并导致部件过早老化。进行短路保护测试时，应使用低电压、低电感的电源。

ESD干扰和空气间隙放电测试

如果电池是组件中最大的导电物体并屏蔽了设备的其他部分，需要精心设计ESD放电路径，将ESD电流引导至自由导线或自由PCB铜条，以确保设备的不间断运行。为降低设备对ESD的敏感性，可以添加两个小旁路电容，但要注意小尺寸电容由于其薄的端子间隙对ESD敏感，可能会引入新的故障模式，降低系统的可靠性和安全性。

输入钳位和放电

当充电输入过压时，VDD - PCKN通过串联电阻R1和VDD - PCKN击穿进行保护。输入和电池之间的电压差出现在开关（BATN到PCKN）上，该开关具有超过10mA的放电能力且不会损坏。当电池电压为4.5V时，电池组端子电压（PCKP到PCKN）开始钳位，约为13V。

八、总结

SGM41106作为一款专为小型锂/聚合物电池设计的初级保护器件，具有超紧凑的设计、全面的保护功能和低功耗的特点，为小型电子设备的电池管理提供了可靠的解决方案。工程师在设计过程中，应根据具体应用需求合理选择型号，并注意应用过程中的各项注意事项，以确保设备的安全和稳定运行。你在使用SGM41106的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。