SGM41107：小巧封装的锂离子/聚合物电池保护芯片

在如今的电子设备中，锂离子/聚合物电池因其高能量密度和长寿命而被广泛应用。然而，为了确保电池的安全和稳定运行，一款可靠的电池保护芯片至关重要。今天，我们就来详细了解一下SGMICRO推出的SGM41107电池保护芯片。

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一、产品概述

SGM41107专为锂离子/聚合物可充电电池的初级保护而设计。它将聚合物可充电电池安全运行所需的所有保护功能集成在一个微小而轻薄的封装中。这种小巧的解决方案尺寸为小型可穿戴设备节省了更多空间，以便在有限的空间内安装电池。

该芯片将所有保护功能和所需的低导通电阻断开开关集成在一个芯片上，保护功能包括充电和放电保护，主要检测和保护电池过充、过放和过流。在深度放电的情况下，它还能断开电池组的连接。

SGM41107的工作温度范围为 -40℃ 至 +85℃，采用超薄的XTDFN - 1×1 - 4L封装，标称高度仅为0.37mm，非常适合小型电池的封装设计。

二、应用领域

• 物联网设备：如智能手环、智能手表等，这些设备对电池保护和空间要求较高，SGM41107的小巧封装和全面保护功能正好满足需求。
• 可穿戴设备：为可穿戴设备提供可靠的电池保护，确保设备的稳定运行。
• 电池组：用于各种电池组的保护，提高电池组的安全性和可靠性。

三、产品特性

3.1 超紧凑保护解决方案

采用微小轻薄的封装，为设备节省空间。

3.2 低导通电阻

导通电阻典型值为75mΩ，可降低功耗。

3.3 低工作电流

工作电流典型值为1.25μA，有助于延长电池续航时间。

3.4 工厂可编程过压阈值

过压阈值范围为4.3V至4.69V，步长为10mV，可根据不同电池需求进行编程。

3.5 全面的保护功能

包括过充/放电电流保护、过放检测电压控制、放电短路保护、运输模式、上电自锁、电池欠压保护等。

3.6 0V电池充电功能

支持对电压极低的电池进行充电。

3.7 低功耗深度放电关机

深度放电关机电流典型值为10nA，进一步降低功耗。

3.8 多种安全保护

输入过压安全、负载短路安全、电池反接安全、电池组并联安全等。

3.9 绿色环保封装

采用绿色XTDFN - 1×1 - 4L封装，符合RoHS和HSF标准。

四、引脚配置与功能

4.1 引脚配置

SGM41107采用XTDFN - 1×1 - 4L封装，引脚配置如下：	PIN	NAME	TYPE	FUNCTION
1	VDD	P	设备偏置电源/电池电压感应输入。在该引脚和BATN引脚之间放置一个电容，并在该引脚和电池组正极连接之间放置一个1kΩ电阻。
2	BATN	P	开关端子：连接到电池负极。
3	CTL	AI	运输模式控制和欠压保护选择引脚。
4	PCKN	P	开关端子：连接到系统负载的负极。
暴露焊盘	EP	-	封装暴露焊盘，无内部连接。建议外部连接到BATN。

4.2 引脚功能

• VDD：为芯片提供偏置电源，并用于感应电池电压。
• BATN：连接到电池负极，是开关的一个端子。
• CTL：用于控制运输模式和选择欠压保护阈值。
• PCKN：连接到系统负载的负极，也是开关的一个端子。

五、保护功能详解

5.1 电压相关保护

• 过充保护：在充电过程中，周期性地监测电池电压。当检测到电池电压高于过压阈值（(V{BAT}>V{OV})）时，电池开关进入充电阻断模式，禁止进一步充电，只允许电流向放电方向流动。当电池电压因放电降至过充释放电压（(V_{OV}-210mV)）时，充电恢复。过压阈值取决于所选的“AA”代码。
• 欠压保护：在放电过程中，周期性地监测电池电压。当检测到电池电压低于欠压阈值（(V{BAT}{UV 1}) 或 (V{BAT}{UV 2})，取决于CTL电压）时，电池开关阻断电池放电方向，设备进入欠压保护状态。此时，电池开关只允许电流向充电方向流动，且充电过流检测在欠压保护状态下不起作用。欠压阈值取决于所选的“B”和“C”代码。只有当检测到充电器且电池电压高于过放检测电压时，设备才会释放欠压保护状态。

5.2 电流相关保护

• 过充电流保护：当充电器连接时，如果过充电流达到 (I{OC}) 并持续 (t{OCC}) 或更长时间，SGM41107进入过充电流状态。当放电电流流动且负载连接时，该状态释放。
• 过放电流保护：当过放电流条件发生并持续过放电流检测延迟 (t_{ODC}) 时，放电路径关闭。SGM41107进入过放电流状态，当检测到充电时，该状态释放。

5.3 短路保护

当放电电流超过短路电流阈值 (I{SHORT}) 时，放电路径在 (t{OCSD}) 内立即断开，以保护电池免受潜在的过流应力。当检测到充电器时，释放该状态。

5.4 0V电压充电功能

该功能允许对电压极低的电池进行充电。当充电器连接且电压约为1.5V时，充电开始。如果电池电压在0V至 (V_{UV}) 范围内，充电MOSFET导通，充电电流通过放电MOSFET体二极管流动。

5.5 上电自锁功能

SGM41107在首次焊接时自锁，电池无法放电。当检测到充电器时，该状态释放。

5.6 电池反接保护

在电池反接的情况下，流入负载的电流不会被设备阻断。反向电流不会损坏设备，只要电流不过高导致过热损坏即可。

5.7 控制引脚功能

• CTL引脚激活UVP1：当CTL引脚电压等于或低于0.4V并持续3s或更长时间时，欠压保护阈值设置为 (V_{UV1})。
• CTL引脚激活UVP2：当CTL引脚电压高于0.55V且低于1.15V并持续20ms或更长时间时，欠压保护阈值设置为 (V_{UV2})。
• CTL引脚激活运输模式：当CTL引脚电压等于或高于1.35V并持续1s或更长时间时，SGM41107关闭充电和放电MOSFET，停止充电和放电。

六、典型性能特性

SGM41107的典型性能特性包括过充检测电压、过放检测电压、短路检测电流、工作电流和导通电阻等随温度和电源电压的变化关系。这些特性有助于工程师在不同的工作条件下评估和设计电路。

七、应用注意事项

7.1 ESD防护

该集成电路对ESD敏感，如果不仔细考虑ESD保护措施，可能会损坏芯片。建议在处理和安装集成电路时采取适当的预防措施。

7.2 电化学腐蚀

电池会持续在电极上施加电位，可能导致电化学腐蚀。腐蚀产物可能会在表面贴装器件下方的空洞中扩散，导致漏电。建议使用防潮涂层，特别是在使用紧凑型设备时。

7.3 评估测试

一些电子负载模拟器可能有过大的浪涌电流，一些BPM测试仪可能有电压过渡浪涌，这些可能会触发SGM41107的保护功能。在使用这类设备进行评估时，需要仔细注意。同时，外部电压和电流应限制在数据手册中规定的绝对最大额定值范围内。

7.4 保护参数选择

不同供应商的电池型号可能针对不同应用进行了定制。在选择保护参数时，应咨询电池供应商以获取特定电池型号的保护限值。同时，保护电路和充电器电路中影响相同变量的参数应设置为适当的充电或放电保护顺序。例如，电池的过压阈值应比充电器的恒压阈值高50mV至100mV。

八、总结

SGM41107是一款功能强大、封装小巧的锂离子/聚合物电池保护芯片，具有全面的保护功能和低功耗特性。它适用于各种物联网设备、可穿戴设备和电池组等应用场景。在使用过程中，工程师需要注意ESD防护、电化学腐蚀、评估测试和保护参数选择等问题，以确保芯片的正常运行和电池的安全。你在使用类似电池保护芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。