小封裝、微功耗小微電池保護(hù)器SGM41100A
發(fā)布時(shí)間:2021-06-07 來源:圣邦微電子 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】2016年秋季,Apple公司發(fā)布iPhone 7,宣布取消3.5mm耳機(jī)接口,并同步推出無線耳機(jī)AirPods。此舉措引爆了無線藍(lán)牙耳機(jī)和真無線藍(lán)牙耳機(jī)(TWS)市場(chǎng)。要為小巧的TWS耳機(jī)實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的待機(jī)和通話時(shí)間,需要降低功耗和增加電池容量(尺寸)。圣邦微電子SGM41100A系列小封裝、微功耗小微電池保護(hù)器應(yīng)運(yùn)而生。
電池保護(hù)控制器+MOSFET開關(guān)單芯二合一
SGM41100A系列產(chǎn)品是圣邦微電子在業(yè)內(nèi)最早獲得市場(chǎng)廣泛認(rèn)可的結(jié)合了保護(hù)控制器和MOSFET開關(guān)單芯兩種功能的小微電池保護(hù)芯片。相比于早期的分立控制器和MOSFET開關(guān)電池保護(hù)方案,SGM41100A具備尺寸極小的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),大大減小了電池保護(hù)板面積,提升了電池有效容量的體積空間。
SGM41100A與傳統(tǒng)方案體積對(duì)比:
1. SGM41100A:尺寸1.5mm × 2mm = 3mm2,外圍1C+1R兩個(gè)元件。
2. 分立器件DW01+MOSFET:尺寸3mm × 3mm + 3mm × 3mm = 18mm2,外圍1C+2R三個(gè)元件。
3. 多芯片封裝(Multichip Packaging)方案DW01MCG:尺寸2.1mm × 5.8mm = 12.18mm2,外圍1C+2R三個(gè)元件。
圖1 SGM41100A與傳統(tǒng)方案實(shí)物尺寸對(duì)比
電池?cái)嚅_狀態(tài)下最大功耗100nA
SGM41100A具備三種工作狀態(tài):電池接通、電池欠壓保護(hù)斷開和充放電壓電流異常保護(hù)斷開。在結(jié)溫-40℃至+85℃的全溫度范圍內(nèi),開關(guān)接通狀態(tài)下的自身功耗最大值僅1.5μA(典型值0.9μA),斷開狀態(tài)下的功耗最大值僅100nA。
相較于分立和多芯封裝產(chǎn)品5μA至6μA的工作電流和1μA至2μA的欠壓保護(hù)狀態(tài)電流損耗,SGM41100A更加適合TWS耳機(jī)、智能手環(huán)等小微電池可移動(dòng)設(shè)備。設(shè)備出口船運(yùn)及售前倉儲(chǔ)時(shí)間通??蛇_(dá)3至6個(gè)月,此時(shí)其斷開狀態(tài)的超低耗電則更顯難能可貴。
SGM41100A主要特性
● 極小緊湊型SoC電池保護(hù)方案;
● 42mΩ導(dǎo)通阻抗;
● 0.9μA(典型值)工作電流;
● 完整的充電過壓、充電過流、放電過流、過放欠壓保護(hù)功能;
● 4.2V至4.55V(50mV步進(jìn))過壓保護(hù)門限可選;
● 3種適合小微電池的過流保護(hù)門限可選;
● 2.4V/2.6V/2.8V/3.0V電池欠壓保護(hù)門限可選;
● 1.6V深度放電關(guān)斷功能;
● 50nA電池欠壓及深度放電關(guān)斷電流;
● 抗輸入反接、抗電池反接;
● 0.2V電池安全可充電門限;
● 輸出默認(rèn)關(guān)閉,有利于組裝和運(yùn)輸安全;
● 工作溫度范圍-40℃至+85℃;
● UTDFN-1.5×2-6L綠色封裝。
圖2 SGM41100A封裝圖
圖3 SGM41100A典型應(yīng)用電路圖
SGM41100A具有完整的充電過壓保護(hù)、充電過流保護(hù)、放電過流保護(hù)及過放欠壓保護(hù)功能;有8個(gè)過壓保護(hù)閾值、4個(gè)欠壓保護(hù)閾值和3個(gè)過流保護(hù)閾值(過充電流、過放電流、短路電流組合)選項(xiàng),可產(chǎn)生共計(jì)8×4×3=96種參數(shù)組合供客戶針對(duì)不同規(guī)格的電池自由選擇。
表1 器件閾值選型
一些分享
1. 關(guān)于0V可充電的危險(xiǎn)性
電池化成過程需要嚴(yán)格的充電電壓、充電電流及充電時(shí)長(zhǎng)控制,以便安全可靠地形成電池SEI膜。一般認(rèn)為電池SEI膜在0.2V時(shí)已經(jīng)大量形成,并在0.8V時(shí)充分形成(各廠家電池存在差異)。如果電池電壓過放后電壓達(dá)到0V,往往意味著SEI膜消失或內(nèi)部短路,此時(shí)如果繼續(xù)充電會(huì)非常危險(xiǎn)。如圖4所示,VARTA公司在其電池操作注意事項(xiàng)中明確指出:
單個(gè)電池電壓低于其規(guī)定的耗盡電壓閾值后不得充電!
圖4 VARTA電池操作注意事項(xiàng)
2. 電池是靜電敏感器件,應(yīng)做好ESD防護(hù)
下圖為一個(gè)典型的電池電極之間異物尺寸和擊穿電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由圖可見,電池本身是靜電敏感器件,擊穿電壓最高可達(dá)500V,在隔膜受異物影響后的擊穿電壓急劇降低。
圖5 電池電極之間異物尺寸和擊穿電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系
3. 小微電池應(yīng)選擇適當(dāng)過流保護(hù)門限的保護(hù)器件
TWS耳機(jī)電池容量多數(shù)處在30mAh至60mAh之間,假如按照電池允許的快充上限5倍率來計(jì)算,快充電流可以達(dá)到150mA至300mA之間,此時(shí)選擇的過充電流保護(hù)門限只需要略大一點(diǎn),如6倍率,即180mA至360mA就足夠了。如果此時(shí)選擇一個(gè)900mA(30/15倍率)或更大的過充電流保護(hù)門限器件,則很難起到保護(hù)電池的作用。同樣,過放電電流、短路保護(hù)電流,也應(yīng)根據(jù)電池規(guī)格選擇有適當(dāng)保護(hù)電流門限的器件。
來源:圣邦微電子
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