探索SGM41563：高性能单节锂电池线性充电器

在如今电子产品的世界里，电池充电管理和电源转换是至关重要的环节。今天，我们将深入探讨圣邦微电子（SGMICRO）推出的SGM41563，一款专为单节锂离子/聚合物电池设计的线性充电器，同时具备超低待机电流的升压功能。

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一、产品概述

SGM41563集成了单节Li+/聚合物电池线性充电器和超低待机电流的升压转换器，可将电池电源转换为5V输出。其宽输入范围允许使用诸如导电线圈、太阳能电池或热耦合堆等非严格稳压电源进行充电。升压静态电流低至典型值0.68μA，非常适合小电池长期待机的应用场景。该产品采用绿色SOIC - 8（外露焊盘）封装。

二、主要特性

2.1 充电电压选项丰富

提供五种充电电压选项：4.2V/4.25V/4.3V/4.35V/4.4V，可根据不同电池的需求进行灵活选择。这使得SGM41563能够适配多种类型的锂离子/聚合物电池，满足不同应用场景的要求。

2.2 充电电流范围广

充电电流范围为5mA至700mA，能够为单节Li+/聚合物电池提供合适的充电电流。无论是小容量电池的缓慢充电，还是大容量电池的快速充电，SGM41563都能胜任。

2.3 充电模式与保护功能

• 恒流/恒压充电：采用CC/CV充电模式，确保电池充电过程的安全和高效。在充电初期，以恒定电流快速充电；当电池电压接近设定值时，自动切换到恒压模式，避免过充。
• 芯片温度充电电流调节：通过内置的温度传感器，实时监测芯片温度。当芯片温度过高时，自动降低充电电流，防止芯片过热损坏，提高了系统的可靠性。
• -4%电压折返功率保持：在充电结束条件满足时，将输出电压降低到安全水平，同时释放电流限制到最大值，继续为负载系统供电。这种设计避免了在持续连接电源的情况下电池的充放电循环，延长了电池寿命。
• +2%路径电阻损耗补偿：能够补偿充电路径中的电阻损耗，确保电池实际充电电压的准确性，提高充电效率。
• 浮充超时终止：当系统负载较大，消耗的电流超过充电结束残留电流时，如果电池电压在超过浮充电压的情况下持续超过设定时间（tFLTING = 44分钟），充电将自动停止，并进入充电结束折返功率保持状态。
• 超低静态电流：静态电流极低，小于1μA，适合长期待机的应用场景，有效降低了功耗。
• 可编程充电电流：通过在IREF引脚和GND之间连接一个电阻，可以根据需要设置充电电流上限。充电电流与电阻值的关系为：当ICHG < 400mA时，ICHG (mA) = 24000/RIREF (kΩ)；当ICHG > 400mA时，ICHG (mA) = 20500/RIREF (kΩ) + 58mA。
• 节能充电指示：nCHG引脚在充电过程中闪烁，充电结束时保持点亮约52秒，方便用户直观了解充电状态。
• 内部过温保护：当芯片温度超过设定阈值（TCUT = 130℃）时，自动降低充电电流，保护芯片免受过热损坏。

三、应用领域

SGM41563适用于多种应用场景，特别是可充电电池供电的物联网设备和自供电物联网终端。这些设备通常需要长时间待机，对功耗要求较高，SGM41563的超低静态电流和高效充电功能正好满足了这些需求。

四、典型应用电路

典型应用电路如图1所示，包含了充电输入、电池连接、升压输出等部分。在设计电路时，需要注意各元件的参数选择和布局。例如，推荐使用2.2μH的低DCR电感，其饱和电流和热限制电流应大于1.4A。同时，合理布局电感、电容等元件，使电感电流的纹波回路尽可能小，以实现稳定和低损耗的运行。

五、电气特性

5.1 充电相关特性

• 无负载工作电流：典型值为70μA，在低功耗应用中表现出色。
• 充电电流范围：5mA至700mA，可满足不同电池的充电需求。
• 保持电流：当强制输出电压为2V，RIREF = 120kΩ时，保持电流为200mA。
• VIN - BAT电流：当VVIN - VBAT = 1V，RIREF = 13kΩ时，电流为700mA。
• 电池反向电流：在VVIN = 3V，VBAT = 5.2V时，流入电池的电流为9 - 12μA。
• 电池漏电电流：当VVIN浮空，VBAT = 5.2V时，流入电池的电流为0.08 - 1μA。
• 充电电压：提供4.2V至4.4V的五种电压选项，步长为50mV。
• 充电电压误差：在IBAT = 20mA时，误差范围为 - 28至28mV。
• 充电启动电压：VVIN - VBAT上升时为310mV。
• 反向阻断启动电压：VVIN - VBAT下降时为25mV。

5.2 升压相关特性

• 输出电压：在PWM模式下，VBAT < VVOUT时，输出电压范围为4.84 - 5.09V；在PFM模式下，典型值为5.04V。
• 输出电流：最大输出电流可达500mA。
• 静态电流：流入BAT引脚的静态电流在无负载、不切换时为0.08 - 0.6μA；流入VOUT引脚的静态电流在无负载、不切换，升压或降压模式下为0.6 - 1μA。
• 峰值电流限制：升压操作时，峰值电流限制为0.89 - 1.62A。
• 开关频率：在VBAT = 3.7V时，开关频率为0.98 - 1.35MHz。
• 低侧开关导通电阻：典型值为300 - 420mΩ。
• 高侧开关导通电阻：典型值为320 - 410mΩ。
• 升压停止温度：当芯片温度达到150℃时，升压操作停止。
• 恢复温度：温度下降25℃后，升压操作恢复。

六、详细工作原理

6.1 线性充电器

• 系统负载预充电：当电池端电压低于预充电电压阈值时，在电源上电时，充电器以最大电流限制输出tSYS_PRE时间，为系统启动提供足够的电流，即使电池处于欠压保护状态或无电池的情况下也能正常启动。
• 宽输入范围充电：在输入电压较高或电源无法维持足够电压和电流的情况下，充电器仍能正常工作。通过调节充电电流，避免芯片过热，并保持最小的压差，防止反向漏电。
• 电压折返功率保持：当充电结束条件满足时，将输出电压降低到安全水平，同时释放电流限制到最大值，继续为负载系统供电，避免电池的充放电循环。
• 浮充超时终止：当系统负载较大，消耗的电流超过充电结束残留电流时，如果电池电压在超过浮充电压的情况下持续超过设定时间，充电将自动停止，并进入充电结束折返功率保持状态。
• 过温充电调节：芯片通过内置的温度传感器实时监测温度，当芯片温度达到TCUT时，自动降低充电电流，以维持芯片温度在安全范围内。
• 路径电阻损耗补偿和充电终止电流：当首次检测到充电结束条件时，充电器将输出电压调整为VFB，同时监测VBAT。如果充电路径中的电流下降导致电压下降超过VDCC，则将输出电压提高到VRDC，以补偿电阻损耗。这样可以使用相对较高的残留电流水平进行充电终止检测，使大部分充电电流流向负载而不是消耗在电阻上。
• 充电过程：充电过程分为系统预充电、电池预充电、浮充、充电结束和安全折返功率保持等阶段。充电过程采用恒流和恒压模式，在电源上电时进行系统预充电，当电池电压低于快速充电阈值时进行预充电。当充电电流下降到终止电流或浮充定时器超时，且经过路径电阻损耗补偿后，充电结束。

6.2 升压转换器

升压转换器在正常负载条件下工作在峰值电流PWM模式，在轻负载条件下切换到节能跳周期模式。当EN引脚拉低时，电源输入与负载断开。同时，升压转换器具备过流保护和短路保护功能，通过监测峰值电感电流和输出电压来实现。当峰值电流达到ILIM时，低侧开关关闭；当输出电压低于2.2V时，通过高侧开关对输出进行预充电，电流限制约为200mA；当输出电压高于过压保护阈值（VOV）或芯片温度高于过温阈值（TOT）时，开关操作停止。

七、注意事项

7.1 过应力和ESD保护

在使用SGM41563时，应避免超过绝对最大额定值的应力，否则可能会对器件造成永久性损坏。同时，由于该集成电路对ESD敏感，在处理和安装过程中应采取适当的ESD保护措施，以防止ESD损坏。

7.2 浪涌保护

在电池连接或电源施加过程中，可能会出现浪涌电压，损坏低电压引脚BAT和VOUT。建议在BAT引脚和VOUT引脚处放置TVS二极管进行浪涌吸收。如果不使用TVS二极管，可以在EN引脚处插入R1和C6，在电池连接或测试电源接触后延迟EN引脚的启用，以避免在电压浪涌期间启动升压。此外，增大C4和C5的电容值可以降低负载接触弹跳引起的浪涌电压，在频繁负载连接的应用中，负载接触电容应小于C4和C5总电容的1/10。

八、总结

SGM41563是一款功能强大、性能优越的单节锂离子/聚合物电池线性充电器和升压转换器。其丰富的特性、宽输入范围、超低静态电流以及完善的保护功能，使其成为可充电电池供电的物联网设备和自供电物联网终端等应用的理想选择。在设计电路时，需要根据具体应用需求合理选择元件参数，并注意布局和保护措施，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用SGM41563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。