SGM40572：单输入单节锂离子/锂聚合物电池充电器的全方位解析

一、引言

在当今的电子设备中，电池充电管理至关重要。SG Micro 推出的 SGM40572 是一款 1A 单输入单节锂离子/锂聚合物电池充电器，它具备多种功能和特性，能满足不同应用场景的需求。本文将对 SGM40572 进行详细解析，帮助电子工程师更好地了解和应用这款充电器。

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二、产品概述

2.1 基本信息

SGM40572 是一款高度集成的单节锂离子/锂聚合物充电器 IC，支持三种工作模式：给电池充电、为系统供电或同时执行这两项功能。它可在较宽的输入电压范围内，通过智能墙式适配器或 USB 设备为单节锂离子或锂聚合物电池充电，输入过压保护功能使其能支持使用非稳压适配器进行充电。

2.2 主要特性

• 多化学电压支持：支持 4.2V、4.35V 和 4.4V 三种电压。
• 高精度：充电电压精度为 0.8%，充电电流精度为 10%。
• USB 输入电流限制：可设置为 100mA 和 500mA。
• 可编程终止和预充电阈值：通过外部电阻可灵活调整。
• 多种保护功能：包括输入过压保护、热关断保护、ISET 短路检测和 OUT 短路保护等。
• 支持 JEITA 控制：可根据电池温度优化充电过程。

三、充电过程

SGM40572 的充电过程分为三个阶段：

3.1 预充电阶段

当电池电压低于 VLOWV 阈值（通常为 2.5V）时，充电器会以较小的预充电电流激活低电压电池，为后续的恒流快速充电做准备。预充电电流可通过 PRE - TERM 端子进行编程，范围为快速充电电流的 10% - 100%。

3.2 恒流阶段

当电池电压达到 VLOWV 阈值后，充电器进入恒流阶段，以设定的恒定电流对电池进行充电。快速充电电流通过 ISET 端子进行配置，该阶段可提供大部分的总充电容量。

3.3 恒压阶段

当电池达到调节电压后，电压控制回路启动，保持电池在该电压下充电，直到充电电流衰减到终止阈值。此时，充电过程结束。

四、关键参数与引脚功能

4.1 绝对最大额定值

• 输入电压：-0.3V 至 30V
• 输出电压：-0.3V 至 6V
• 最大输入电流：1.25A
• 最大输出电流：1.25A

4.2 推荐工作条件

• 输入电压范围：3.5V 至 28V
• 输入工作电压范围：4.45V 至 6.45V
• 最大输入电流：1A
• 最大输出电流：1A

4.3 引脚功能

引脚	名称	类型	功能
IN	P	充电电源输入，为设备供电并为充电输出供电
ISET	AI	快速充电电流设置引脚
VSS	–	设备接地引脚
PRE - TERM	AI	编程电流终止阈值和预充电电流
nPG	DO	低电平有效，指示输入电压状态
NC	–	无连接
ISET2	AI	USB 或适配器源的输入/输出电流限制设置引脚
nCHG	DO	充电时为低电平，充电完成或不充电时为开漏状态
TS	AI	电池组温度感测端子
OUT	P	电池连接引脚，支持直接连接系统负载
暴露焊盘	EP	散热焊盘和接地参考

五、功能模式与保护机制

5.1 功能模式

• 电源关闭或欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于 VUVLO(FALL) 时，芯片进入电源关闭状态；当输入电压超过 VUVLO(RISE) 时，根据 OUT 端子电压决定进入睡眠模式或活跃模式。
• 睡眠模式：当输入电压在 VOUT + VIN(DT) 和 VUVLO(RISE) 之间时，充电电流禁用，安全定时器停止计数，nPG 和 nCHG 端子呈高阻抗状态。
• 新充电周期：在多种情况下会启动新的充电周期，如施加有效电源、通过 TS 引脚切换芯片使能/禁用状态等。

5.2 保护机制

• 过压保护（OVP）：持续监测输入源电压，当出现过压时，经过消隐期后，通断 FET 关闭，安全定时器结束，nCHG 和 nPG 端子进入高阻抗状态。
• 输入动态功率管理（IN - DPM）：当输入电压下降到 VIN - DPM 阈值时，内部 FET 开始减小电流，防止电压低于 VIN - DPM 的源为 OUT 引脚供电。
• 短路保护：ISET 电阻具有短路保护功能，当电阻低于 RISET(SHORT) 时触发检测；OUT 引脚具有内置短路保护，输出电流被钳位在 1.07A 至 1.55A 之间。

六、应用信息

6.1 设计要求

在设计应用电路时，需要考虑以下参数：

• 电源电压：通常为 5V
• 快速充电电流：如 540mA
• 预充电电流：如 108mA
• 终止电流：如 54mA

6.2 电容选择

• 输入电容（CIN）：使用 1μF 低 ESR 陶瓷旁路电容，尽可能靠近 IN 和 VSS 引脚放置。
• 输出电容（COUT）：推荐使用 1μF 低 ESR 陶瓷旁路电容（X7R/X5R 等级），放置在 OUT 引脚和 VSS 引脚之间，且走线长度应尽可能短。

6.3 电阻选择

• ISET 电阻：根据公式 (R{ISET}=K{ISET}/I{FAST - CHG}) 计算，其中 (K{ISET}=540AΩ)。例如，当 (I{FAST - CHG}=0.54A) 时，(R{ISET}=1.0kΩ)。
• PRE - TERM 电阻：根据公式 (R{PRE - TERM}=K{PRE - CHG}×%I{FAST - CHG}) 计算，其中 (K{PRE - CHG}=100Ω/%)，(%I{FAST - CHG}=20%) 时，(R{PRE - TERM}=2kΩ)。

6.4 布局指南

为了获得最佳性能，布局时应注意以下几点：

• 输入和输出电容应尽可能靠近芯片放置，且 IN、OUT 和 GND（散热焊盘）到这些组件的走线长度应尽可能短。
• 低电流 GND 连接应与电池的高电流充电或放电路径分开，采用单点接地技术。
• 高电流充电路径的走线应根据最大充电电流进行适当尺寸设计，以避免电压降。
• 散热焊盘和引脚走线（特别是 IN 和 OUT）应设计得尽可能宽，以提高散热性能。

七、总结

SGM40572 是一款功能强大、性能可靠的单输入单节锂离子/锂聚合物电池充电器。它具有多种特性和保护功能，能够满足不同应用场景的需求。在设计应用电路时，电子工程师需要根据具体要求合理选择电容、电阻，并注意布局设计，以确保充电器的性能和稳定性。你在使用 SGM40572 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。