深度解析SGM41524：紧凑型开关式锂/聚合物电池充电器

一、引言

在便携式电子设备不断发展的今天，电池充电器的性能和安全性至关重要。SGM41524作为一款紧凑型开关式锂/聚合物电池充电器，以其高效、安全和可靠的特点，在市场上占据了一席之地。本文将对SGM41524进行详细的技术解析，为电子工程师在设计相关电路时提供参考。

文件下载：SGM41524.pdf

二、产品概述

SGM41524是一款紧凑且高效的锂离子（Li+）或锂聚合物（Li+/polymer）电池充电器，适用于紧凑型便携式设备中的单节电池系统。它内部集成了开关降压转换器，即使电池不存在，也能调节电源输入为电池充电并为系统供电。当负载和输入电压接近时，转换器还可作为简单的直通开关，不进行开关操作。

（一）主要特性

1. 充电模式：具备恒流、恒压（CCCV）充电功能，并带有浮动超时定时器，还有恒流预充电功能。
2. 充电能力：对于4.2V - 4.5V的电池，最大充电电流可达2.3A。
3. 开关频率：开关频率为1.34MHz。
4. 可编程性：充电电压和电流均可编程。
5. 输入电压调节：输入电压调节为4.15V。
6. 输出电压折返：具备输出电压折返功能，可在保留电池电量的同时为系统供电，防止过充。
7. 热调节：有两种热调节选项，SGM41524为+115℃，SGM41524C为+55℃。
8. 效率与温度范围：在1.5A、(V_{IN}=5V) 时，典型峰值效率为92%，工作温度范围为 -40℃ 至 +85℃。
9. 封装形式：采用绿色TDFN - 2×3 - 8BL封装。

（二）应用场景

主要用于500mAh至6000mAh的锂/聚合物电池系统的供电和充电控制，简化了系统设计，确保了安全可靠的运行，提升了用户体验。

三、产品参数

（一）绝对最大额定值

参数	数值
(V{IN})（(V{VBAT}=4V)）	6V
(V{BAT})（(V{IN}) 开路）	6V
CC、CV、IND、NTC、SW引脚电压范围	-0.3V至6V
封装热阻（TDFN - 2×3 - 8BL，(theta_{JA})）	90℃/W
结温	+150℃
存储温度范围	-65℃至 +150℃
引脚焊接温度（10s）	+260℃
ESD敏感度（HBM）	4000V
ESD敏感度（CDM）	1000V
输入浪涌放电	11V
输入过压钳位	8V或50mA，24小时

（二）推荐工作条件

参数	范围
CC、CV、IND、NTC引脚电压	-0.3V至5.5V
电源电压范围	3.5V至5.5V
充电电流设置范围	0.3A至2.3A
工作结温范围	-40℃至 +125℃
环境温度范围	-40℃至 +85℃

四、引脚配置与功能

（一）引脚配置

SGM41524采用TDFN - 2×3 - 8BL封装，其引脚配置如下：	引脚	名称	类型	功能
1	SW	O	降压转换器开关节点，连接到输出电感
2	IND	O	状态指示输出，供电时可源出或吸入恒定电流，无电源时只能吸入电流
3	CV	I	充电电压编程输入引脚，通过连接电阻到地选择七种充电电压之一
4	CC	I	充电电流编程/充电禁止输入引脚，连接电阻到地编程恒定充电电流 (I{CC})，上拉到高于 (V{INH}) 的电压可禁止充电
5	VBAT	I	电池电压检测输入
6	NTC	I	NTC温度传感输入，连接到 (beta = 3950K) 的NTC热敏电阻，另一端接地并通过1.5 × (R{NTC25℃}) 电阻偏置到 (V{IN})，不使用时接地
7	VIN	P	电源输入引脚
8	GND	G	接地参考引脚
外露焊盘	EP	IC	外露焊盘，热焊盘内部接地，必须连接到PCB的接地平面

（二）功能描述

1. 充电控制：通过CV和CC引脚可分别编程充电电压和电流，实现灵活的充电设置。
2. 状态指示：IND引脚可输出不同状态信号，如电源输入正常（POK）、充电中（CHG）、输入过压（POK和CHG交替闪烁）和无电源/禁用（OFF）。
3. 温度监测：NTC引脚可连接NTC热敏电阻，实现电池温度的监测，结合内部结温监测，确保充电过程的安全。

五、电气特性

（一）充电相关参数

参数	符号	条件	温度	最小值	典型值	最大值	单位
过压保护阈值	(V_{OVP})	(V{BAT}) 开路，(V{VIN}=5V) 至 6V	+25℃	5.51	5.67	5.84	V
			全温度范围	5.49	5.67	5.85	V
最小输入工作电压	(V_{CHGm})	(V{BAT}) 开路，(V{VIN}=5V) 至 4V	+25℃	3.90	4.04	4.17	V
			全温度范围	3.85	4.04	4.20	V
充电输出调节电压	(V_{CHG})	CV引脚连接到地	+25℃	4.175	4.20	4.225	V
			全温度范围	4.145	4.20	4.255	V
充电电压步长	(V_{STEP})	全温度范围				50	mV
开关充电所需的 (V{IN}) 和 (V{BAT}) 之间的最小电压降	(V_{DROPm})	LDO充电模式，输入电压大于 (V_{CHGm})	全温度范围	2	20	40	mV
	(V_{DROPM})	开关充电模式，输入电压大于 (V_{CHGm})	全温度范围	120	170	230	mV
NTC温度超出10℃至45℃范围时的充电电压折返	(V_{DEG})	NTC温度范围，与10℃至45℃时的 (V_{CHG}) 比较	全温度范围				50	mV
NTC温度调节时的充电电流降低	(I_{DEG})	NTC温度范围为10℃至45℃时 (I_{CC}) 的百分比	+25℃	28	30	32	%
			全温度范围	27	30	33	%

（二）其他参数

还有如输入电源电流、泄漏电流、浮动充电定时器启动阈值、折返保留输出电压、再充电阈值等一系列参数，这些参数共同保证了充电器的稳定运行。

六、典型性能特性

（一）开关波形

在DCM模式和CCM模式下，分别展示了开关波形，有助于工程师了解充电器在不同工作模式下的性能。

（二）效率与充电电流关系

效率与充电电流的关系曲线显示，在一定充电电流范围内，充电器能保持较高的效率，为实际应用提供了参考。

（三）充电电流与电阻关系

充电电流与 (R_{CC}) 的关系曲线，可帮助工程师根据实际需求选择合适的电阻来设置充电电流。

七、典型应用

（一）典型应用电路

典型应用电路中包含了SGM41524、电感、电容、电阻等元件，通过合理的元件选择和布局，实现对电池的充电和系统的供电。

（二）功能描述

1. 多种充电模式：支持恒流、恒压、恒流预充电和涓流充电等多种充电模式，满足不同电池的充电需求。
2. 电压折返保护：当电池充满电且有输入电源时，采用电压折返保留功能，降低电池能量损失，延长电池寿命。
3. 充电电流编程：通过 (R{CCSET}) 电阻编程充电电流，公式为 (R{CCSET}=K / I_{CC})，其中 (K) 为充电电流设置比。
4. 充电电压编程：通过CV引脚设置电压，可在7个预设值中选择充电电压。
5. 温度相关充电控制：根据电池温度，按照BAJ/JEITA指南调整充电电压和电流，确保充电安全。
6. 状态指示：IND引脚可输出4种状态信号，方便用户了解充电器的工作状态。
7. 输入电压和热调节：当输入电压下降或结温升高时，逐渐降低输出电流，防止电源关闭和热关机。

八、元件选择与布局

（一）电感选择

由于开关频率为1.34MHz，可选择较小的电感和电容。电感的饱和电流应满足 (I{SAT} geq I{CHG}+(1 / 2)I{RIPPLE})，其中 (I{RIPPLE}) 可根据输入电压、占空比、开关频率和电感值计算。

（二）输入电容

选择具有足够RMS电流额定值的输入电容，如X5R或X7R低ESR陶瓷电容，靠近VIN和GND引脚放置，以减少输入纹波电流循环路径中的寄生电感。

（三）输出电容

设计输出电容时，需考虑内部环路补偿、输出纹波电流、负载启动浪涌电流等因素。电容值应足够大，以满足系统对纹波电压的要求，并在无电池时为系统提供稳定的电源。

（四）布局指南

1. 将VIN电容靠近VIN和GND引脚放置。
2. 电感端子靠近SW引脚，减少开关节点走线的铜面积，避免使用多层连接。
3. 最小化电感和输出电容到设备GND引脚的回流环路面积和纹波电流路径长度。
4. 使用铜平面作为电源GND，并在顶部和底部GND平面之间放置多个过孔，以提高散热和抗干扰能力。

九、总结

SGM41524作为一款高性能的紧凑型开关式锂/聚合物电池充电器，具有多种先进的特性和功能，能为电子工程师在设计电池充电系统时提供可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需根据具体需求选择合适的元件，并合理布局电路，以确保充电器的性能和安全性。你在使用SGM41524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。