SGM41102/SGM41102A：小巧封装下的锂电池保护利器

在当今的电子设备中，锂电池的应用无处不在，从可穿戴设备到物联网小工具，锂电池以其高能量密度和长寿命等优点成为了主流电源。然而，锂电池的安全性问题也备受关注，过充、过放、过流等情况都可能对电池造成损害，甚至引发安全事故。SGMICRO推出的SGM41102/SGM41102A真单片锂离子/聚合物电池保护器，为锂电池的安全使用提供了可靠的解决方案。

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一、产品概述

SGM41102/SGM41102A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芯片上，并且采用了超小超薄的封装形式。这种小巧的解决方案为小型可穿戴设备节省了宝贵的空间，使得电池能够更轻松地适配设备的内部空间。

该产品的工作温度范围为 -40℃ 至 +85℃，采用了超薄低轮廓的UTDFN - 1.5×2 - 6L封装，标称高度仅为0.5mm，非常适合小型电池的包装设计。

二、产品特性

（一）超紧凑保护解决方案

SGM41102/SGM41102A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，大大减小了电路板的占用空间，为小型设备的设计提供了便利。

（二）低导通电阻和低工作电流

其导通电阻典型值为43mΩ，工作电流典型值为1.8μA，这意味着在电池充放电过程中，能够有效减少能量损耗，提高电池的使用效率。

（三）可编程过压阈值

工厂可编程的过压阈值选项范围为4.20V至4.575V，步长为0.025V，用户可以根据不同的电池需求进行灵活设置，确保电池在安全的电压范围内工作。

（四）多种保护功能

1. 过充/过放电流保护：提供4种阈值组合选项，能够根据不同的应用场景选择合适的保护阈值，有效防止电池过充和过放。
2. 过放电流保护选择：SGM41102在过放电流触发时采用一次性锁存机制，而SGM41102A则会持续重试检测负载恢复情况，两种方式各有优势，可根据具体需求选择。
3. 电池欠压保护：提供2.6V/2.7V/2.8V/3.0V四种选项，当电池电压低于设定的欠压阈值时，及时切断放电路径，保护电池免受过度放电的损害。
4. 深放电关机：关机电流仅为50nA，能够在电池深度放电时将功耗降至最低，延长电池的使用寿命。
5. 其他保护功能：还具备0V电池充电、输入浪涌钳位、输入过压安全、负载短路安全、反极性电池安全、输入反接安全以及电池组并联安全等功能，全方位保障电池的安全使用。

三、应用领域

（一）物联网小工具

随着物联网技术的发展，各种小型物联网设备层出不穷。SGM41102/SGM41102A的超紧凑封装和低功耗特性，使其非常适合应用于物联网小工具中，如智能手环、智能手表、无线传感器等，为这些设备的电池提供可靠的保护。

（二）可穿戴设备

可穿戴设备对体积和重量有着严格的要求，SGM41102/SGM41102A的小巧尺寸和高效保护功能，能够满足可穿戴设备的需求，确保电池的安全和稳定运行。

（三）电池组

在各种电池组应用中，SGM41102/SGM41102A可以为电池提供全面的保护，防止电池在充放电过程中出现过充、过放、过流等问题，提高电池组的安全性和可靠性。

四、引脚配置与功能

SGM41102/SGM41102A采用UTDFN - 1.5×2 - 6L封装，其引脚配置和功能如下：	PIN	NAME	TYPE	FUNCTION
1, 2	BATN	G	内部电路的接地端，连接到电池负极。
3	BYPS	P	电源引脚和断开锁定触发输入。在该引脚和BATN引脚之间放置一个1μF的电容，并在该引脚和电池组正极连接之间放置一个1kΩ的电阻。将该引脚瞬间短接到PCKN引脚可使电路进入锁定开路状态。
4	PCKP	P	内部连接，无需外部连接。
5, 6	PCKN	P	电源输入和输出，电池组负极。将该引脚短接到BATN引脚可释放锁定开路状态，使输出路径闭合。
暴露焊盘	NC	NC	内部未连接。如有需要，可连接到BATN引脚或PCKN引脚。

五、电气特性

（一）过充电压阈值

不同型号的SGM41102/SGM41102A在不同温度条件下具有不同的过充电压阈值，具体数值可参考数据手册。在实际应用中，需要根据电池的特性和使用环境选择合适的型号，以确保电池的安全充电。

（二）其他电气参数

还包括过充释放滞后、电池欠压阈值、欠压释放滞后、关机电压、过放电流、过充电流、导通电阻、工作电流、关机电流、过压检测延迟、欠压检测延迟、过放电流检测延迟、过充电流检测延迟、放电短路检测延迟和放电短路电流等参数。这些参数共同保证了电池在各种情况下的安全运行。

六、典型性能特性

（一）过充电压与充电电流和温度的关系

通过归一化曲线可以看出，过充电压会随着充电电流和温度的变化而发生一定的变化。在设计电路时，需要考虑这些因素对过充电压的影响，以确保电池的充电安全。

（二）过充电流与电池电压和温度的关系

过充电流也会受到电池电压和温度的影响。了解这些关系有助于合理设置过充电流保护阈值，防止电池过充。

（三）过放电流与电池电压和温度的关系

同样，过放电流与电池电压和温度也存在一定的关系。在电池放电过程中，需要根据这些关系来设置过放电流保护阈值，避免电池过度放电。

（四）导通电阻与电池电压、放电电流和温度的关系

导通电阻会随着电池电压、放电电流和温度的变化而变化。在设计电路时，需要考虑导通电阻对电池充放电效率的影响，选择合适的工作条件。

七、详细工作原理

（一）电压相关保护

1. 过充保护：当电池电压达到过压阈值（VoV）时，充电路径开路。当充电器电压低于电池电压，且电池电压回落到过压阈值以下约VovHYS时，充电路径再次闭合。
2. 过放保护：当电池电压低于欠压阈值（VUV）持续tUVPD时间或瞬间低于关机电压（VSHDN）时，放电路径开路，设备进入关机状态，只有极低的电阻泄漏电流流入，以尽可能避免电池过度放电。当充电电源接入，电池电压上升到VUV阈值以上约VUVHYS时，放电路径再次闭合。
3. 0V充电功能：该功能允许对电压极低的电池进行充电。当施加的电压大于1.6V时，充电开始。如果电池电压在0V至VSHDN之间，充电电流通过MOSFET体二极管流动；如果在VSHDN至VUV之间，路径开关每34ms导通32ms，断开2ms，充电电流通过体二极管流动。在此期间，充电器会看到终端电压有上下波动。

（二）电流相关保护

1. 过放电流保护：当出现过放电流情况并持续过放电流检测延迟（tODD）时间时，放电路径打开。SGM41102会保持开路状态，直到负载移除或充电器接入；而SGM41102A会持续重试，直到过流情况解除或电池放电至低电压进入欠压保护状态。
2. 过充电流保护：在充电过程中，如果检测到过充电流，SGM41102/SGM41102A会进入锁定状态。该状态可通过移除充电器（移除电池组）来重置。
3. 短路保护：当放电电流超过过流阈值时，放电路径会在tocso时间内瞬间断开，以保护电池免受潜在的过流应力。断开后，SGM41102/SGM41102A会保持锁定非导通状态，直到重新激活。
4. 突发负载涌流：在许多系统中，会出现瞬间过载情况。该设备允许在检测到过放电流后的过放电流检测延迟时间内，放电路径保持闭合，以适应这种短时间的放电情况。
5. 电池组并联：当并联两个使用SGM41102/SGM41102A的电池组时，瞬间的电流浪涌可能会导致电压较低的电池组触发过充电流保护，而电压较高的电池组可能会进入过放电流保护。只有当电压较高的电池组放电至略低于电压较低的电池组时，过充或过放电流保护才会重置，之后两个电池组都会导通。为避免电流过应力，建议在并联电池组之前，先将电池组置于锁定开路非导通状态（通过瞬间连接BYPS和PCKN）。当充电电源接入并联的电池组时，锁定开路状态会解除。

八、使用注意事项

（一）电池安装

在电池组装过程中，应避免电池两端（P和M）短路，以免引发过高的浪涌电流和电压浪涌，损坏电池和保护电路。建议在PCB上的阳极焊盘周围留出足够的间隙，或者在组装时先焊接/连接阳极，以避免阳极与地平面意外短路。

（二）浪涌、ESD和反接

SGM41102/SGM41102A能够吸收PCKP和PCKN之间的电压浪涌，通过其开关和电池传导浪涌电流。但电池反向放置或充电输入反接（不能同时发生）会导致过应力，在正常生产检验中不应进行此类测试，以免影响设备性能或造成损坏。同时，由于电池组在ESD事件中可能会感应大量电荷，需要精心设计导电路径，以避免电池及其相关连接部件受到ESD损害。

（三）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。因此，建议进行防潮涂层处理，特别是在使用紧凑型器件时。

（四）评估测试

某些类型的电子负载模拟器可能会产生过大的浪涌电流，一些BPM测试仪可能会出现电压过渡浪涌，这些都可能触发SGM41102/SGM41102A的保护功能。在使用这些设备进行评估时，需要格外注意，并确保外部电压和电流在数据手册规定的绝对最大额定值范围内。

（五）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，因此需要咨询电池供应商，以确定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进行合理设置，以确保正确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 - 100mV。如果Vov低于电池充电器的满充电压，保护电路会在电池未充满电时切断充电路径；如果Ioc低于充电电流，保护电路也会进入锁定状态。在这种情况下，需要移除充电器输入，然后重新施加，以使保护电路从锁定状态恢复到导通状态。如果在Vov或Ioc事件发生后未移除充电器，即使电池电压耗尽，电池也无法充电。

九、总结

SGM41102/SGM41102A以其超紧凑的封装、丰富的保护功能和良好的电气性能，为锂离子/聚合物电池提供了全面、可靠的保护解决方案。在设计电子设备时，合理选择和使用SGM41102/SGM41102A，能够有效提高电池的安全性和使用寿命，同时满足设备对体积和功耗的要求。希望广大电子工程师在实际应用中能够充分发挥该产品的优势，为电子设备的安全稳定运行保驾护航。

你在使用SGM41102/SGM41102A的过程中遇到过哪些问题？你对该产品的保护功能有什么独特的见解吗？欢迎在评论区分享你的经验和想法。