SGM41106A：小尺寸锂离子/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，如耳机、手写笔、手环和手表等，电池的安全和高效使用至关重要。SGMICRO推出的SGM41106A是一款专为小型锂离子或锂离子聚合物电池设计的单片初级保护器件，集成了电池开关，为电池的安全运行提供了全面的保护。

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一、产品概述

SGM41106A采用超紧凑的封装，如Green XTDFN - 1×1 - 4L，这种小巧轻薄的封装为小型可穿戴设备节省了宝贵的空间，让电池能够更好地适配设备的腔体。该器件集成了双向阻断开关和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，确保电池在各种情况下都能安全运行。

二、产品特性

2.1 超紧凑保护方案

其紧凑的设计使得它在小型设备中具有很大的优势，能够在有限的空间内实现完整的电池保护功能。

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，在电池电量有限的小型设备中，能够有效延长电池的使用时间。
• 深度放电关断电流典型值为2nA，进一步降低了电池的自放电。

2.3 灵活的阈值选项

• 工厂可编程过压阈值选项从4.225V到4.6V，步长为0.025V，用户可以根据具体的电池需求进行选择。
• 过充/放电电流保护有3种阈值组合选项，满足不同电池的充放电电流要求。

2.4 运输模式功能

SM引脚逻辑高电平有效，通过拉高并保持一定时间，可以设置电池开关为关断状态，方便电池的长期储存和运输。

2.5 其他保护功能

• 支持0V电池充电，即使电池电量严重耗尽也能进行充电。
• 具备负载短路保护、电池组并联安全、充电输入电压钳位、电池反接保护和充电输入反接保护等功能，全方位保障电池的安全。

三、关键参数

3.1 电气参数

参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
工作电压范围	VCHG_OP	正常充电源电压范围	-0.5	-	6	V
正常导通电压范围	VNORM_ON	充电时可能保持连续导通的最大电压范围	2.8	-	4.6	V
开关导通电阻	RON	TJ = +25℃	80	100	120	mΩ
		TJ = -40℃ to +85℃	60	100	140	mΩ
工作电流	IOP	TJ = +25℃	0.7	0.95	-	μA
		TJ = -40℃ to +85℃	0.7	1.2	-	μA
关断电流	ISD	因电池电量低或SM输入控制而关断，TJ = +25℃	2	-	50	nA
		TJ = -40℃ to +85℃	2	-	60	nA

3.2 保护阈值

• 过压阈值：根据不同的型号选项，从4.225V到4.6V不等。
• 欠压阈值：有2.8V和3.0V两种选项。
• 过流阈值：充电和放电过流阈值根据不同的型号选项有所不同，如充电过流阈值有200/230mA、310/360mA、625/650mA等。
• 放电短路阈值：有1.2A和2.5A两种选项。

四、功能详细介绍

4.1 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，则定期检查是否存在低电压情况。当检测到电池电压低于设定的欠压阈值（(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，此时电池开关仅允许电流向充电方向流动，且在欠压保护状态下，充电过流检测功能不起作用。

4.2 电流相关保护

• 电池开关导通时，定期监测电池电流。充电和放电都有过流保护，各自有独立的阈值和延迟定时器（充电时(t{OCD}=72ms)，放电时(t{ODD}=72ms)）。如果检测到相应的过流情况，充电或放电将被阻断。
• 当检测到开关正向电压使充电状态无效时，充电阻断解除。放电恢复采用打嗝模式，检测到放电过流后，阻断时间为(t{RETRY}=3s)。如果再次检测到放电过流，将再次阻断(t{RETRY})时间。

4.3 负载短路保护

如果放电电流超过设定的短路阈值（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）。

4.4 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，不会对器件造成损坏。
• 充电输入反接且电压低于5V时，不会对器件造成损坏，此时会触发放电过流事件，开关进入放电阻断模式。

4.5 运输模式控制

当SM引脚电压等于或高于(V{PD})并持续(t{SM})或更长时间时，SGM41106A关闭放电MOSFET，停止放电。需要注意的是，SM引脚对边沿敏感，输入状态会锁存到最后一次施加的状态，只有激活充电器才能解除运输模式状态。

4.6 上电自锁功能

SGM41106A在初次焊接时处于自锁状态，电池无法放电。只有检测到充电器时，该状态才会解除。

4.7 并联电池组

当两个使用SGM41106A的电池组并联时，瞬间的电流浪涌可能会导致电压较低的电池组触发充电过流保护，电压较高的电池组可能进入放电过流保护。只有当电压较高的电池组放电至略高于电压较低的电池组时，充电过流或放电过流保护才会复位，之后两个电池组都可以导通。

五、应用信息

5.1 短路和ESD测试

在组装的电池和保护板（有或无电池）上，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，应使用低电压、低电感的电源。

5.2 ESD保护

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。为了提高系统的ESD水平并降低器件对ESD的敏感性，建议在BATN和PCKN之间添加一个0.1μF的电容。

5.3 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的放电能力而不会损坏。当电池电压为4.5V时，电池组端子电压（Pack P到Pack N）开始钳位，约为13V。

六、总结

SGM41106A以其超紧凑的设计、丰富的保护功能和灵活的阈值选项，成为小型锂离子/聚合物电池保护的理想选择。无论是在可穿戴设备还是其他小型电子设备中，它都能为电池的安全和高效使用提供可靠的保障。电子工程师在设计相关产品时，可以充分考虑SGM41106A的特性和优势，以提高产品的性能和可靠性。你在实际应用中是否遇到过类似的电池保护问题？你对SGM41106A的哪些特性最感兴趣呢？欢迎在评论区分享你的看法。