SGM41102/SGM41102A：小巧封裝下的鋰電池保護利器

在當今的電子設備中，鋰電池的應用無處不在，從可穿戴設備到物聯網小工具，鋰電池以其高能量密度和長壽命等優點成為了主流電源。然而，鋰電池的安全性問題也備受關注，過充、過放、過流等情況都可能對電池造成損害，甚至引發安全事故。SGMICRO推出的SGM41102/SGM41102A真單片鋰離子/聚合物電池保護器，為鋰電池的安全使用提供了可靠的解決方案。

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一、產品概述

SGM41102/SGM41102A專為鋰離子/聚合物可充電電池的初級保護而設計。它將聚合物可充電電池安全運行所需的所有保護功能集成在一個芯片上，并且采用了超小超薄的封裝形式。這種小巧的解決方案為小型可穿戴設備節省了寶貴的空間，使得電池能夠更輕松地適配設備的內部空間。

該產品的工作溫度范圍為 -40℃ 至 +85℃，采用了超薄低輪廓的UTDFN - 1.5×2 - 6L封裝，標稱高度僅為0.5mm，非常適合小型電池的包裝設計。

二、產品特性

（一）超緊湊保護解決方案

SGM41102/SGM41102A將所有保護功能和所需的低導通電阻斷開開關集成在一個芯片上，大大減小了電路板的占用空間，為小型設備的設計提供了便利。

（二）低導通電阻和低工作電流

其導通電阻典型值為43mΩ，工作電流典型值為1.8μA，這意味著在電池充放電過程中，能夠有效減少能量損耗，提高電池的使用效率。

（三）可編程過壓閾值

工廠可編程的過壓閾值選項范圍為4.20V至4.575V，步長為0.025V，用戶可以根據不同的電池需求進行靈活設置，確保電池在安全的電壓范圍內工作。

（四）多種保護功能

1. 過充/過放電流保護：提供4種閾值組合選項，能夠根據不同的應用場景選擇合適的保護閾值，有效防止電池過充和過放。
2. 過放電流保護選擇：SGM41102在過放電流觸發時采用一次性鎖存機制，而SGM41102A則會持續重試檢測負載恢復情況，兩種方式各有優勢，可根據具體需求選擇。
3. 電池欠壓保護：提供2.6V/2.7V/2.8V/3.0V四種選項，當電池電壓低于設定的欠壓閾值時，及時切斷放電路徑，保護電池免受過度放電的損害。
4. 深放電關機：關機電流僅為50nA，能夠在電池深度放電時將功耗降至最低，延長電池的使用壽命。
5. 其他保護功能：還具備0V電池充電、輸入浪涌鉗位、輸入過壓安全、負載短路安全、反極性電池安全、輸入反接安全以及電池組并聯安全等功能，全方位保障電池的安全使用。

三、應用領域

（一）物聯網小工具

隨著物聯網技術的發展，各種小型物聯網設備層出不窮。SGM41102/SGM41102A的超緊湊封裝和低功耗特性，使其非常適合應用于物聯網小工具中，如智能手環、智能手表、無線傳感器等，為這些設備的電池提供可靠的保護。

（二）可穿戴設備

可穿戴設備對體積和重量有著嚴格的要求，SGM41102/SGM41102A的小巧尺寸和高效保護功能，能夠滿足可穿戴設備的需求，確保電池的安全和穩定運行。

（三）電池組

在各種電池組應用中，SGM41102/SGM41102A可以為電池提供全面的保護，防止電池在充放電過程中出現過充、過放、過流等問題，提高電池組的安全性和可靠性。

四、引腳配置與功能

五、電氣特性

（一）過充電壓閾值

不同型號的SGM41102/SGM41102A在不同溫度條件下具有不同的過充電壓閾值，具體數值可參考數據手冊。在實際應用中，需要根據電池的特性和使用環境選擇合適的型號，以確保電池的安全充電。

（二）其他電氣參數

還包括過充釋放滯后、電池欠壓閾值、欠壓釋放滯后、關機電壓、過放電流、過充電流、導通電阻、工作電流、關機電流、過壓檢測延遲、欠壓檢測延遲、過放電流檢測延遲、過充電流檢測延遲、放電短路檢測延遲和放電短路電流等參數。這些參數共同保證了電池在各種情況下的安全運行。

六、典型性能特性

（一）過充電壓與充電電流和溫度的關系

通過歸一化曲線可以看出，過充電壓會隨著充電電流和溫度的變化而發生一定的變化。在設計電路時，需要考慮這些因素對過充電壓的影響，以確保電池的充電安全。

（二）過充電流與電池電壓和溫度的關系

過充電流也會受到電池電壓和溫度的影響。了解這些關系有助于合理設置過充電流保護閾值，防止電池過充。

（三）過放電流與電池電壓和溫度的關系

同樣，過放電流與電池電壓和溫度也存在一定的關系。在電池放電過程中，需要根據這些關系來設置過放電流保護閾值，避免電池過度放電。

（四）導通電阻與電池電壓、放電電流和溫度的關系

導通電阻會隨著電池電壓、放電電流和溫度的變化而變化。在設計電路時，需要考慮導通電阻對電池充放電效率的影響，選擇合適的工作條件。

七、詳細工作原理

（一）電壓相關保護

1. 過充保護：當電池電壓達到過壓閾值（VoV）時，充電路徑開路。當充電器電壓低于電池電壓，且電池電壓回落到過壓閾值以下約VovHYS時，充電路徑再次閉合。
2. 過放保護：當電池電壓低于欠壓閾值（VUV）持續tUVPD時間或瞬間低于關機電壓（VSHDN）時，放電路徑開路，設備進入關機狀態，只有極低的電阻泄漏電流流入，以盡可能避免電池過度放電。當充電電源接入，電池電壓上升到VUV閾值以上約VUVHYS時，放電路徑再次閉合。
3. 0V充電功能：該功能允許對電壓極低的電池進行充電。當施加的電壓大于1.6V時，充電開始。如果電池電壓在0V至VSHDN之間，充電電流通過MOSFET體二極管流動；如果在VSHDN至VUV之間，路徑開關每34ms導通32ms，斷開2ms，充電電流通過體二極管流動。在此期間，充電器會看到終端電壓有上下波動。

（二）電流相關保護

1. 過放電流保護：當出現過放電流情況并持續過放電流檢測延遲（tODD）時間時，放電路徑打開。SGM41102會保持開路狀態，直到負載移除或充電器接入；而SGM41102A會持續重試，直到過流情況解除或電池放電至低電壓進入欠壓保護狀態。
2. 過充電流保護：在充電過程中，如果檢測到過充電流，SGM41102/SGM41102A會進入鎖定狀態。該狀態可通過移除充電器（移除電池組）來重置。
3. 短路保護：當放電電流超過過流閾值時，放電路徑會在tocso時間內瞬間斷開，以保護電池免受潛在的過流應力。斷開后，SGM41102/SGM41102A會保持鎖定非導通狀態，直到重新激活。
4. 突發負載涌流：在許多系統中，會出現瞬間過載情況。該設備允許在檢測到過放電流后的過放電流檢測延遲時間內，放電路徑保持閉合，以適應這種短時間的放電情況。
5. 電池組并聯：當并聯兩個使用SGM41102/SGM41102A的電池組時，瞬間的電流浪涌可能會導致電壓較低的電池組觸發過充電流保護，而電壓較高的電池組可能會進入過放電流保護。只有當電壓較高的電池組放電至略低于電壓較低的電池組時，過充或過放電流保護才會重置，之后兩個電池組都會導通。為避免電流過應力，建議在并聯電池組之前，先將電池組置于鎖定開路非導通狀態（通過瞬間連接BYPS和PCKN）。當充電電源接入并聯的電池組時，鎖定開路狀態會解除。

八、使用注意事項

（一）電池安裝

在電池組裝過程中，應避免電池兩端（P和M）短路，以免引發過高的浪涌電流和電壓浪涌，損壞電池和保護電路。建議在PCB上的陽極焊盤周圍留出足夠的間隙，或者在組裝時先焊接/連接陽極，以避免陽極與地平面意外短路。

（二）浪涌、ESD和反接

SGM41102/SGM41102A能夠吸收PCKP和PCKN之間的電壓浪涌，通過其開關和電池傳導浪涌電流。但電池反向放置或充電輸入反接（不能同時發生）會導致過應力，在正常生產檢驗中不應進行此類測試，以免影響設備性能或造成損壞。同時，由于電池組在ESD事件中可能會感應大量電荷，需要精心設計導電路徑，以避免電池及其相關連接部件受到ESD損害。

（三）電化學腐蝕

電池會持續在電極上施加電位，可能導致電化學腐蝕。腐蝕產物可能會在表面貼裝器件下方的空洞中擴散，導致漏電。因此，建議進行防潮涂層處理，特別是在使用緊湊型器件時。

（四）評估測試

某些類型的電子負載模擬器可能會產生過大的浪涌電流，一些BPM測試儀可能會出現電壓過渡浪涌，這些都可能觸發SGM41102/SGM41102A的保護功能。在使用這些設備進行評估時，需要格外注意，并確保外部電壓和電流在數據手冊規定的絕對最大額定值范圍內。

（五）保護參數選擇

不同供應商的電池型號可能針對不同應用進行了定制，因此需要咨詢電池供應商，以確定特定電池型號的保護限值。同時，保護電路和充電器電路中影響相同變量的參數應進行合理設置，以確保正確的充電或放電保護順序。例如，電池的過壓閾值應比充電器的恒壓閾值高50mV - 100mV。如果Vov低于電池充電器的滿充電壓，保護電路會在電池未充滿電時切斷充電路徑；如果Ioc低于充電電流，保護電路也會進入鎖定狀態。在這種情況下，需要移除充電器輸入，然后重新施加，以使保護電路從鎖定狀態恢復到導通狀態。如果在Vov或Ioc事件發生后未移除充電器，即使電池電壓耗盡，電池也無法充電。

九、總結

SGM41102/SGM41102A以其超緊湊的封裝、豐富的保護功能和良好的電氣性能，為鋰離子/聚合物電池提供了全面、可靠的保護解決方案。在設計電子設備時，合理選擇和使用SGM41102/SGM41102A，能夠有效提高電池的安全性和使用壽命，同時滿足設備對體積和功耗的要求。希望廣大電子工程師在實際應用中能夠充分發揮該產品的優勢，為電子設備的安全穩定運行保駕護航。

你在使用SGM41102/SGM41102A的過程中遇到過哪些問題？你對該產品的保護功能有什么獨特的見解嗎？歡迎在評論區分享你的經驗和想法。