SGM41105：小尺寸锂/聚合物电池的初级保护与开关解决方案

在如今的电子设备中，电池的安全与高效使用至关重要。尤其是对于小尺寸的可穿戴设备，如耳机、手写笔、手环和手表等，对电池保护和开关的要求更为严格。SGM41105作为一款专为小型锂离子或锂聚合物电池设计的单片初级保护器件，为这些设备提供了可靠的解决方案。

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一、产品概述

SGM41105集成了聚合物可充电电池安全运行所需的所有保护功能，采用了微小而轻薄的封装，为小尺寸可穿戴设备节省了宝贵的空间，让电池能更好地适配设备腔体。它还集成了双向阻断开关，具备所有必要的保护功能，包括针对电压异常的两种保护和针对电流的三种保护。此外，该器件允许对电压过低甚至为零的深度耗尽电池进行充电。

二、产品特性

2.1 超紧凑保护方案

SGM41105采用Green XTDFN - 1×1 - 4L封装，尺寸极小，能有效节省电路板空间。

2.2 低功耗

• 导通电阻典型值为100mΩ，降低了功率损耗。
• 工作电流典型值为0.7μA，深度放电关断电流典型值为2nA，极大地延长了电池的续航时间。

2.3 灵活的阈值选项

• 工厂可编程过压阈值选项范围从4.225V到4.6V，步长为0.025V，可根据不同的电池需求进行精确设置。
• 过充/放电电流保护有3种阈值组合选项，电池欠压保护有2.8V/3.0V两种选项，满足多样化的应用场景。

2.4 安全可靠

• 支持0V电池充电，确保电池在极端情况下也能恢复使用。
• 具备负载短路保护、电池组并联安全、充电输入电压钳位、电池反接安全和充电输入反接安全等功能，全方位保障电池和设备的安全。

三、应用领域

SGM41105适用于多种小尺寸设备，如耳机、手写笔、手环和手表等。这些设备通常对电池的体积和安全性要求较高，SGM41105正好满足了这些需求。

四、典型应用电路

4.1 典型电池组电路

 该电路展示了SGM41105在电池组中的应用，通过对电池电压和电流的监测，实现对电池的保护和开关控制。

4.2 运输模式控制典型电路

 通过按压按钮或施加充电电源，可以控制电池开关的开启和关闭，方便设备在运输过程中的管理。

五、关键参数与选型

5.1 主要参数

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

5.2 型号选型

SGM41105有多种型号可供选择，不同型号的过压阈值、欠压阈值、过充/放电电流阈值等参数有所不同。例如，型号中的“AAA”代表过压阈值选项，“B”代表欠压阈值选项，“C”代表过充/放电过流阈值选项，“D”代表可疑放电短路电流阈值选项。工程师可以根据具体的应用需求选择合适的型号。

六、电气特性

6.1 电压相关特性

• 工作电压范围为 - 0.5V到6V，正常导通电压范围为2.8V到4.6V。
• 过压检测延迟典型值为0.8s，欠压检测延迟典型值为0.8s。

6.2 电流相关特性

• 导通电阻在不同温度下有所变化，典型值为100mΩ。
• 工作电流典型值为0.7μA，关断电流典型值为2nA。
• 过充/放电过流检测延迟典型值为72ms，放电短路切断延迟在不同触发情况下有所不同。

七、详细工作原理

7.1 电压相关保护

• 过压保护：在充电过程中，定期监测电池电压。当电池电压超过过压阈值（取决于所选的“AAA”代码）时，电池开关进入充电阻断模式，禁止进一步充电，仅允许放电。当电池电压因放电降至安全水平时，充电恢复。
• 欠压保护：如果电池电压未处于过压范围，则定期检查是否存在低电压情况。当检测到电池电压低于欠压阈值（取决于所选的“B”代码）时，电池开关阻断电池放电方向，设备进入无损关断状态，仅允许充电，且在欠压保护状态下，充电过流检测功能失效。

7.2 电流相关保护

• 电池开关导通时，定期监测电池电流。充电和放电均受到过流保护，各有其阈值和延迟定时器（充电时 (t{OCD}=72 ~ms) ，放电时 (t{OOD}=72 ~ms) ）。如果检测到相应的过流，充电或放电将被阻断。充电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，将再次阻断 (t{RETRY}) 时间。

7.3 负载短路保护

如果放电电流超过 (I_{DSC}) （1.2A或2.5A取决于“D”代码），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）。

7.4 电池反接和充电输入反接保护

• 电池反接时，流入负载的电流不会被器件阻断，但只要电流不过高导致过热损坏，器件是安全的。
• 充电输入反接且电压低于5V时是安全的，不会对器件造成损坏（电池无电流流出）。反接充电器会触发放电过流事件，开关进入放电阻断模式。

7.5 电池开关控制

通过改变SM引脚电压为低（相对于 (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应用的状态，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，才允许SM引脚输入以闭合电池开关，否则开关状态保持不变，输入被忽略。

八、应用注意事项

8.1 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提前老化。进行短路保护测试时，应使用低电感的低压源。

8.2 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，以确保设备正常运行。为降低器件对ESD的敏感性，可以添加两个小旁路电容，但要注意这些小电容由于终端间隙薄而对ESD敏感，可能会引入新的故障模式，影响系统的可靠和安全运行。

8.3 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。

九、总结

SGM41105是一款功能强大、性能可靠的小尺寸锂/聚合物电池初级保护与开关器件。它具有超紧凑的封装、低功耗、灵活的阈值选项和全方位的安全保护功能，适用于多种小尺寸可穿戴设备。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的型号，并注意短路和ESD测试、ESD干扰处理以及输入钳位等问题，以确保设备的安全和稳定运行。你在使用SGM41105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。