【技术大神】可自由配置状态灯、USB充电单节锂电池管理方案设计

时间： 2018-02-13 来源：SGMICRO（世强编辑整理） 作者：ZLongLee

技术问答

设计前瞻：

目前随着可移动设备的大热，单节锂电池（3.7V-4.2V）充电管理方案的使用也越来越频繁，但是对于如何选择一款既能满足产品需求又实用且价格还实惠的充电管理芯片显的尤为重要，因为充电管理芯片选择不当会直接影响整个产品的电性能。下面我针对自己的一个电路设计来给大家讲一下我从设计开始到最后确定选型思路和设计思路的过程，希望能够对大家有所帮助。

最初设计思路和原理：

如上图是我最初的电路设计，供电电源VCC_5V给充电管理芯片KF4054，芯片的VBAT引脚外接单节锂电池。其中芯片的1脚外加LED做充电指示，当外接电池充满电1脚电压为高电平（4.2V）则LED不亮，当充电过程中VCC1始终是大于1脚电压的所以充电过程中LED常亮。芯片的5脚是一个配置最大充电电流的引脚，我选择用的是阻值为4.7K欧姆的电阻R2，充电电流大约为250-300MA，最初的整个设计思路和原理就是这么简单。

随着设计的深入和客户的需求增加又进行了设计改进，因为这个电路有个弊端就是充电接触不好和充满电的状态都是LED不亮，无法区分开来。所以需要增加一种指示状态就是充满电还能有一个LED指示。但是这个充电管理芯片没有多余的引脚也不能灵活配置引脚，只能从模拟电路的搭建入手解决，于是我就设计了下面的电路。

该电路是之前电路的基础上增加一路模拟绿色LED的指示输出电路，首先用一个三极管2N5551和两个电阻R22、R23，当1脚电压为高电压4.2V时原有的红色LED灯灭，然后R22、R23的分压使得三极管2N5551导通点亮绿色LED指示满电状态，当充电结束，充电芯片1脚的电压不足4.2V，那么分压电压不足导通三极管2N5551所以绿色LED灭，这是理论的条件下，这样满足了客户需求改进了设计。经过大量的测试发现这个电路存在一个弊端就是会有一小段时间内红色、绿色LED都亮的情况。经过测试研究发现问题还是出在充电管理芯片KF4054身上，这个芯片的1脚电压并不是一个线性变化和恒定的一个电压值，很不稳定会上下浮动电压0.5V-0.8V，这样搭建的绿色LED这个电路就会受到影响，毕竟模拟电路对电压的要求都是精准和理想的恒定线性变化，并且这个芯片不支持USB协议充电这在当今的移动设备充电中是很不方便的一件事情，综合考虑决定推翻重来重新选型设计电路。

最终的设计思路和原理：

带着这么几个问题开始新的选型：可以灵活自由配置状态灯指示、满足USB充电协议、体积不要太大。经过比较选择SGMICRO的一款SGM41504锂电池充电管理芯片。查看规格书可以知道SGM41504芯片的13引脚可以自由灵活配置5种状态如下图13引脚TSD介绍。最重要的是这里不需要自己外搭模拟电路，只是外加个限流电阻和LED就可以了，这就是用芯片IO口配置的好处。

SGM41504利用TSD端口输出的可变占空比矩形波信号指示其工作状态，该信号周期为800μs，幅度2.5V，占空比分别为100%、75%、50%、25%、和0%五种状态。其对应状态如下：

1、TSD在待机和停机时均不输出；

2、对外放电输时占空比25%；

3、充电时占空比75%；

4、充电充满时保持一段时间持续高电平（然后转入待机）；

5、出现过热、过压、过流、短路等异常状况时占空比50%。

用户可通过RC滤波电路将矩形波占空比信号转化为对应电压值，并以此确定芯片的状态信息（见SEM41504 datasheet）,也可通过图2电路中LED的亮度变化指示其工作状态。状态指示的问题解决了下一步就是满足USB充电协议，还是回到规格书继续阅读资料你会发现如下图的解说，也就是此芯片不仅满足还有自动识别相应USB型号的能力如下图介绍。

那么接下来就是最关键的电路原理图了，规格书上给出了标准的电路应用可以直接套用。（推荐用图2的最简应用方案）。关于电路的电阻、电容、电感的选用就不做多余说明了规格书都已经把参数给出来了，LED的位置可以换成双色LED就更好了。主要说一点就是限流的说明。此芯片的最大输出为3A，其实设计电路的时候这个3A电流是很迷惑人的，因为最终的输出还是要看负载端能承受最大的电流值，不要一味的越大输出越好。我用的是普通的锂电池容量为500MAH，最大的承受电流为600MA（依据不同锂电池的参数来定），如果输出不做限流那么电池在大电流充电的情况下会有所损伤。

最后就是芯片的封装大小，我之前用的KF4054是SOT23-5的封装大约6*4.5mm而这个芯片的封装是QFN式的4*4mm，不过QFN封装的缺点就是引脚在芯片底部不便于测量。

其实SGM41504的特性还很多，限于篇幅地原因，想深入细致地了解情参考SGM41504数据手册，本文简单列举SGM41504的优点：

（1）可灵活用LED灯配置5种充电状态；

（2）浪涌抑制，抗短路；

（3）接入识别和自动断开；

（4）符合无电池、过放电电池、欠压电池可工作的要求；

（5）满足USB充电协议，支持多种USB型号（包括type C）；

（6）可实现双向电源和供应能力补充（要说明这一点特别有用，在针对用于移动通信和定位类产品当开启GPRS或者定位数据传输时需要瞬时的大电流供应而有这个特点的芯片就完全可以应付）；

（7）满足BAJ/JEITA安全扩展充电（这一功能就是针对可移动配有大容量电池的设备，可以充分利用电池容量并提供输入限流和防止输入欠压功能。）；

（8）支持4.2V、4.25V、4.35V、4.4V电池电压选项（这一点也是我看中的一项，因为我们都知道锂电池通常满电电压为4.2V但是也有很多的其实是4.35V或者4.4V，如果芯片只支持4.2V的电压选项那么会造成实际电池并没有达到满电状态）

（9）QFN封装、4*4mm（现在讲究体积越来越小便携的时代，芯片的封装越简单越小当然越好）。

这是我个人从最初的的设计到最后的选型整个过程的思路和电路原理的介绍，希望能对大家有所帮助。

技术顾问：刘新永

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 6
| 转发至：

本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！

全部评论（6）

用户59473347 Lv3. 高级工程师 2018-02-28

好文章
简单 Lv3. 高级工程师 2018-02-28

值得借鉴！
用户43405464 Lv1. 初级工程师 2018-02-28

解释的很到位，赞一个
大大的大团子 Lv4. 资深工程师 2018-02-28

很厉害嘛
ZLongLee Lv5. 技术专家 2018-02-28

666

duanmaxie Lv8. 研究员 2018-02-13

可以

没有更多评论了

【技术大神】基于恒流电源驱动器的液晶屏背光电路设计

圣邦微的SGM3726恒流电源驱动器简单的多，且提供了CTRL控制脚，可以对其提供高低电平实现亮和灭，也可以通过输入PWM波实现对亮度的调整。

设计经验发布时间 : 2018-03-15

【经验】一文教你如何选择一款适合自家充电器设计的充电管理芯片

如何选择一款适合自家产品的充电管理芯片呢？圣邦微电子推出单口输入输出开关式充放电及路径管理芯片SGM41504。SGM41504是一颗单口输入输出开关式充放电及路径管理IC。它的开关频率为2.7MHz，允许使用极小封装的低感值功率电感。具有3.5A电流充电能力，2A@5.1V的OTG模式输出能力。

设计经验发布时间 : 2018-10-27

JW JOULWATT （杰华特） DC-DC/AC-DC/线性电源/电池管理/LED照明/汽车电子产品选型指南

描述- 杰华特微电子成立于2013年，是一家快速成长的高性能模拟和数模混合半导体供应商。公司采用自有的先进工艺技术进行芯片设计和制造。公司拥有广泛的产品组合，涵盖DC/DC、AC/DC、线性电源、电池管理、信号链、显示、汽车电子等，应用范围涉及计算机、通讯、工业控制、服务器与数据中心、汽车电子、家用电器、消费类电子、照明等众多领域。

型号- JW1532N5,JW3663,JW3665,JWB19677BC,JW1123,JW1969D1,JW1120,JW19989A,JW19989B,JW5520S,JW1360,JW19989C,JW19976C,JW19988D,JW19988E,JWM9103A,JW15158I,JW16097,JW16098,JWH5123CH,JW15158D,JWQ7821,JW1125,JW7903,JW1969DC,JW5291PF,JW19976M,JW7806-2.85,JW7902,JW15158K,JW19975S,JWS22750,JW3651,JW1609E,JW5711,JW5710,JW3412,JW1969C1,JW15158B,JW19818CT,JW7111SA,JW5168BS,JW1532M5,JW19976A,JW19988B,JW19976B,JW19988C,JWH3515,JWQ7830,JWS29021,JW19975B,JW19975C,JW19987D,JW19987E,JWH3516,JW5712,JW5715,JW7806-2.75,JW5219P,JW19975M,JW5717,JW19975N,JW5716,JW3311-XXX,JW7921,JW1969C,JW1969A,JW7920,JW1386,JWH3530,JW4005H,JW19967A,JW19967B,JW19967C,JW15156E,JW15156F,JW5305F,JW7726H,JW5062TF,JW7823A,JWQ7843,JW15156D,JW1969O,JW1813B,JWS29001TA,JW5357HFM,JWS29001TB,JWB19673B,JWB19673A,JW5306F,JW19989E,JWQ7853,JWS29001,JWS29002,JW1969EC,JW3319,JW1160,JW7809-3.0,JW5523,JW1519B,JW1164,JW19957B,JW18226,JWQ5103CS,JW1822O,JW3313S-XXX,JW7115SA-1,JW3330,JWH7160A,JW5092H,JW7115SA-2,JW5092A,JW3332,JW5510,JW5513,JWH7924,JWH7917,JW16066,JWH7915,JWQ5103BS,JW19967M,JW7809-3.3,JWM9203FCL,JW7809-3.2,JW7809-3.1,JW196738C,JW196738D,JW3362,JW1180O,JW7809-2.85,JWM9123EC,JW1180E,JWH5513,JW3360,JW16033,JW1832O,JWQ5103AS,JW1965O,JW5292PF,JW5306,JW5305,JWQ7806,JWQ7924,JW1965BC,JWQ7809,JW1832D,JWQM93902,JWM9102,JW7830,JW5357HF,JW5535,JW7952,JWH7821,JW5169BS,JWM9220,JWH7823,JWH7822,JW18222,JW18221,JW3312-XXX,JWH7821A,JW1967EH,JWQ5513,JW1965AC,JW1518L,JW7809-4.0,JW1536NC,JW7809-4.5,JW5262CFM,JW5357HM,JWB19819,JWH7030,JWB19816,JW1539A,JW7726HAEC,JW5188CU,JW1882,JW19925A,JW5363HF,JW19925B,JW19925C,JW19876,JWB1981L,JW5711A,JW12558C,JW1539O,JW12558D,JW3701,JW3702,JW33708,JW12558A,JW3703,JW1965DC,JW1999A,JW1830D,JW1999B,JW5352HM,JW1964B,JW7115S-1,JW7115S-2,JWH5103AS,JWH6346A,JW1516A,JW5188DU,JW5352HF,JW19948E,JW3317-XXX,JW1516,JW5712A,JWH7160,JW1831D,JW1964D,JW5188DH,JW1964C,JW5361FM,JW1513A,JW5291F,JWH7295,JWH7294,JW5362HF,JW5186AU,JW19818C,JW5291P,JWB19818J,JWB19818L,JW5262CM,JW5701G,JW5701F,JW19853,JW5701E,JWQ3760,JW5701B,JW5262CF,JW5701A,JWH71522L,JW5186AH,JWH71522H,JWH7291,JWH7290,JW1965FC,JWQ6346A,JW4056A,JW1520AH,JW1538B,JWH7069,JW3360-XXX,JW5292F,JWH7067,JW5292P,JWH5123S,JW1530,JWB1992A,JWH5123P,JWH6344A,JWB1992B,JW1532BL,JW1962O,JW5062T,JWM9215AEC,JWB1992M,JW19925M,JW12557C,JW19925N,JW1962H,JW1962G,JWB1992N,JW5018XF,JWH7060,JW1965EC,JW1538NC,JWB1992S,JW7807-1,JW5293P,JWB1698D,JW1532AL,JW18066M,JW5061TC,JW19819L,JW5061TF,JWH5125CH,JW5703C,JW19836,JWS24285,JW1962BH,JWH5102C,JW5052C,JWH5102B,JW7726AD,JW5040C,JWH5102A,JW7726AC,JW3318-XXX,JWQ52992,JWQ52993,JW5173S,JWH5125S,JW1550,JW19928E,JW4054A,JW19818J,JW19818L,JW7726BL,JW1556,JW1962AH,JW12555B,JW77218B,JW77218C,JW7726BH,JW16638F,JWH5125C,JW19818T,JW5186A,JW16638D,JW5392H,JW5188AH,JWH5103BS,JW3760,JW5392F,JW1532Y,JW7111S,JW5188AU,JW12552B,JW19813,JW5066F,JW19818,JW5393C,JW1962DG,JW19819,JW1994A,JWH5103CS,JW1994B,JW1994C,JW5393F,JW1994D,JW5393H,JW3510,JW1572,JW1571,JW3410-XXX,JW3319-XXX,JW1994M,JW5520SA,JW5079A,JWB1536AC,JW18287E,JW18287D,JW19828,JW18287C,JW18287B,JWS24157,JW18287A,JW5188A,JW16979C,JW5079C,JW7222,JW7228,JW1996EG,JWM368H,JW5394F,JW7106,JW5031S,JW3412-XXX,JW9520,JWQ5103CSF,JW5040,JW7221,JW1531M,JW7806-4.5,JW5068A,JW5262C,JW18288E,JW5250A,JW5056F,JW18288D,JW7109,JW7807-2.8,JW18288C,JW7807-2.9,JW18288B,JW5068C,JW1962FG,JW1531B,JW7807-2.7,JW7807-2.5,JW7807-2.2,JWH5140,JW5262M,JW7211,JW5262L,JW7807-2.1,JW5371F,JW7221L,JWH5141,JW5250S,JW5393,JW5262N,JW5392,JW7806-4.0,JW1531O,JW5394,JW5069A,JW1568K,JW5059TC,JW1515HA,JW1520D,JWB18226,JW5069C,JW1962EG,JW1532B,JW5059TF,JW5057C,JW1556B,JW5033C,JW1556C,JW1532A,JWH5140F,JW5066,JW7124,JW7808-2.75,JWH5276,JW5372F,JWH5155,JW3362-XXX,JWM9106EC,JWH5156,JWM9203CL,JW5057S,JW5142P,JW7122,JW5065,JW1565J,JW7807-1.8,JW7807-1.5,JW5056,JWH5280,JW5361M,JW7112,JW7808-2.85,JW7113,JW7807-1.2,JWM367H,JWH6375,JW7118,JW5361F,JWH5042,JW5361H,JWH6374,JW15307,JW5292,JWH5046,JW5291,JWH7103,JW5058S,JW5393HF,JW5143P,JW7806-3.0,JW5293,JW7806-3.1,JWQ7065,JW7806-3.2,JW7806-3.3,JWQ71910,JWB1981S2,JWB1981S3,JWB1981S4,JWS29001CA,JWS29001CB,JWB1981S5,JWB1981S6,JW1566A,JW1962GG,JW16608F,JW1816,JW1962JG,JW1536AC,JW5362H,JWB1997A,JW5352HFM,JW5361HM,JWH7232,JW16066B,JW5393CF,JW16066C,JW7260,JW5361HF,JW19673C,JW5186CU,JW15329B,JW15329A,JW7265,JW7806-2.5,JWB1997M,JWQ5125A,JWB1997N,JWH71524H,JW7806-2.7,JW7806-2.8,JW1602,JW7806-2.9,JW1660B,JWB1997S,JW5363F,JW1609,JW1236A,JW5018YF,JW3902,JW1236B,JW3903,JWH71524L,JW1606,JW1962IG,JWH7241,JWM367,JWH5141F,JW1996HG,JWM368,JWM369,JW16803O,JW5363H,JWH6396,JW5070,JW5186DU,JW5071,JW15328A,JW7806-2.2,JW15158AS,JW15328B,JWQ5102A,JW5255A,JW7105B,JW5186DH,JWM362,JW5352M,JW7228P,JW5352H,JW7107S,JW7700A8,JW1681O,JW18222S,JWB1995B,JWQ29021,JWQ5102C,JWQ5102B,JW7806-1.8,JW7806-1.9,JW1985,JW1149H,JW3655E,JW1807BH,JWH5084,JW1962KG,JWH5083,JWS22251,JW5092,JW15326B,JW19698F,JW19698E,JW5093,JWQ5102CSF,JW7806-1.2,JW19698C,JWB1995SB,JW7806-1.5,JW5015A,JW1332C,JW1332B,JW5100A,JW5100B,JW1332A,JW1807CH,JWQM93902A,JW7809-1.2,JW19818JT,JWQM93902F,JWH5103CSF,JW1518HCD,JW1255O,JWQ5123

选型指南 - JW JOULWATT - 2024/6/24 PDF 中文下载

诚芯微（CXW）DC-DC电源芯片选型表

描述- 深圳市诚芯微科技股份有限公司是一家集IC产品研发、设计及销售为一体的国家高新技术企业。致力于为客户提供安全、稳定、可靠的高性价比电源管理解决方案和优质的Turn-Key服务。产品广泛应用于汽车电子、智能手机、智能家居、可穿戴设备、安防监控、电动工具、小功率储能等众多领域。

型号- CX8871,CX8571,CX8835,CX8834,CX9428,CX8833,CX8855,CX8853,CX8830,CX8852,CX8833B,CX8576,CX8820C,CX8802,CX8824,CX8801,CX8823,CX8525,CX8822,CX8843,CX8838B,CX8523,CX8522,CX8834B,CX8576Q,CX8803,CX8825

选型指南 - 诚芯微 - 2023/1/12 PDF 中文下载

串联稳压器和LDO这两种电源芯片有啥区别？

线性电源芯片是一种用于提供稳定直流电压或电流的电子器件，其工作原理主要是将输入电压通过放大和稳压电路转换为稳定的输出电压。线性电源芯片的主要功能包括滤波、稳压和调节电压电流等。本文合科泰电子对比两种电源芯片串联稳压器和LDO特点，看看它们有啥区别。

技术探讨发布时间 : 2024-09-20

纳芯微电子-汽车电源芯片介绍

型号- NSE34050D-Q1,NSR10AXX,NSR7808-Q1,NSR35XXX-Q1,NSL21630,NSL21631,NSE11409-Q1,NSL21610,NSR31XXX-Q1,NSE34050Q-Q1,NSRXXX-Q1,NSE34050S-Q1,NSE5501-Q1,NSL21611,NSR31XXX,NSR33XXX-Q1,NSL2163X,NSR33XXX,NSL2161X,NSR35XXX

商品及供应商介绍 - 纳芯微电子 - 2022/3/5 PDF 中文下载

ITW 交通行业解决方案——汽车电子市场

型号- LOCA,SL8130,HA系列,MA420,PSA系列,RTVS 8127 LV-C,PSA 2500,MA815,UB 45000,DC系列,SL6350,MA2060,EP6060,MA1020,MA3045,PLEXUS®DT1303,PLEXUS®DT2630,EP8080,MA310,MA1025,MA550,MA925 系列,T-BOND 25,PSA 11000,121FR,PSA 4500 FR,DC 1000,SA830,MA425,IC300,MA422,HA1510,AO420,UB 3000,PB 3500,RTVS 8127 LV,MA2003,PSA 4500,CFO,UB 20000,MA2805,SA830 系列,PLEXUS® DT2115,RTVS 27 HTC,PB 950,116FRFC,RTVS 3-95-1,121FR-DH,MA8101,RTVS 3-95-2,62010P,MA305HV,PSA 45000,LOCA系列,HP 250,PLEXUS®DT2530,10-104-06,HA1803,HA1804,68015P,PSA 21000 FR,MA805,MA925,SL6600,PSA 30000FR,KB65,HA1810,MA920,MA2090,HA1410,T-BOND E8,T-BOND E5,SL6200,SM2030,HA1820,MA216,IC510,PSA,PLEXUS®DT2435,SL系列,PLEXUS®DT2430,GB系列,PSA 750,NOVATTANE 2100,116FR,SM1330,68012P,PSA 11000 FR,SM2030 LV,SL6300,UB 15000,EP6250,MA920 系列,MA2045,PSA 21000,14167MA300,MA320,T-BOND EP7125,NOVATTANE 2130,HA2410,MA832,MA830,62030W,PB系列,SM1030,MA330,MA3940,PSA 30000,117FR,SM7530,PLEXUS® DT2325,HA1850,HP250Q,CIPG H1220,MA209,SL6,SL6400,SL6系列,UB系列,T-BOND E90

应用及方案 - ITW - 2023/8/16 PDF 中文下载

智芯半导体凭借汽车电子芯片领域优势，成功通过国家级专精特新“小巨人”企业认定

日前，安徽省工业和信息化厅公示了第六批国家级专精特新“小巨人”企业名单，ZHIXIN智芯半导体凭借在汽车电子芯片领域的深耕笃行与核心技术优势，成功通过国家级专精特新“小巨人”企业认定。

原厂动态发布时间 : 2024-09-15

输出电流3A的DC-DC降压电源芯片LM2596SX-12提供可靠的电源转换解决方案，输入电压4.5V~40V

LM2596SX-12都能够提供可靠的电源转换解决方案，在消费电子产品中，它可以为智能手机、平板电脑、MP3播放器等提供稳定可靠的电源转换功能。在通信设备领域，它能够满足无线电设备、网络设备等的电源需求。在工业自动化系统中，它可以为自动化制造设备、机器人等提供高效的电源管理。同时，在汽车电子设备中，它能够保证汽车音响、导航系统等的稳定工作。

产品发布时间 : 2023-11-04

萨科微DC-DC电源芯片MC34063，可输出高达1.5A开关电流，具有短路电流限制和低待机电流特性

SLKOR DC-DC电源芯片MC34063是一款非常出色的产品，它是一款单片稳压器子系统，旨在用作DC到DC转换器。该器件包含温度补偿带隙基准、占空比控制振荡器、驱动器和高电流输出开关，可用于降压、升压或反相开关调节器以及串联调节器。

产品发布时间 : 2023-10-30

圣邦微电子单通道、高精度的电子保险丝用芯片SGM2535系列，支持符合SATA™设备睡眠标准

SGMICRO圣邦微电子推出SGM2535系列产品是单通道、高精度、支持符合SATA™设备睡眠标准的电子保险丝用芯片。工作电压2.7V至18V，导通电阻34mΩ（典型值），支持5.3A最大连续电流；内部集成背靠背FETs，可以实现反向电压的1.8μs快速关断响应。芯片适用于SSD驱动、企业微服务器等多种宽范围供电的电源系统保护场景。

产品发布时间 : 2024-08-13