【产品】小巧高效的恒流恒压型充电器SGM41524，采用绿色TDFN-2×3-8BL封装

国际数据公司（IDC）发布全球季度可穿戴设备市场的最新数据显示，2019年第三季度全球可穿戴设备的总发货量为8450万台，同比上涨94.6%，创下单季度发货量新高。其中苹果仍然是全球最大的可穿戴设备供应商，第三季度里增长了近两倍，达2950万部，以35%的市场份额占据第一，高于去年第三季度1000万部的出货量数据。

海量可穿戴设备（包括智能手表（200mAh～500mAh）、AR/VR设备（1000mAh～2600mAh）、真无线立体声耳机及其充电盒（300mAh～1000mAh），以及头戴式耳机（300mAh～600mAh）等典型产品）的集中上市，对其配备的小型电池在充放电时间、效率、安全方面都提出了更为苛刻的要求和挑战。

用大电流SGM41524取代线性充电器

在人们的传统印象中，一些设计简单、成本较低的小型电池与低充电电流应用，比如可穿戴设备、物联网（IoT）设备等都首选线性充电器（Linear Charger），智能手机、平板电脑和笔记本电脑等高功率和多单元电池应用愿意使用开关充电器（Switching Charger）。但目前这种状况正在发生变化，开关型充电器正在加速其迈向小容量电池应用的步伐。

可能有很多人至今仍然不太清楚线性充电器和开关充电器的区别。其实两者最大的不同在于效率的差异：线性充电器体积小、易于使用、成本低廉。不用任何切换，它们即可适用于噪声敏感的应用，但是当充电电流较大时，功耗很高。而开关充电器以高效率而闻名。换句话说，开关型充电器可以利用单电感实现充电和放电功能，不用增加额外的器件；可以增加电池充电倍率以减小充电时间或是产生更少的热量和更低的表面温度提升用户体验。

让我们以500mAh电池为例来做一组实验，如果分别采用线性0.5C/1C和开关型2C/3C充电器充电，充电时间将分别为120min/60min/30min/20min，功率损耗分别为0.3W/0.6W/0.33W/0.5W；如果换成1000mAh电池，当分别采用线性0.5C和开关型1C/2C/3C充电器充电时，充电时间将分别为120min/60min/30min/24min，功率损耗分别为0.6W/0.33W/0.66W/0.83W。可见，即便面对便携式设备的小容量单电池系统时，开关型充电器也更有优势。

图1 500mAh电池采用不同充电器的充电时间和功率损耗              图2 1000mAh电池采用不同充电器的充电时间和功率损耗

总体来说，对于绝大多数电池容量在500mAh～6000mAh范围内的充放电应用来说，以下6个方面将会成为未来竞争的焦点：

●高效率的充电以提高电池的使用寿命，或是适合的设备外表温度提升用户体验；

●更高的实际充电电流；

●充电的安全性。包括充放电保护、片芯和电池温度的监控和保护，高低温停充、兼顾·BAJ/JEITA安全指南（最新研究表明电池适合在更高温度范围工作）、接触浪涌钳位等；

●提高电池容量的利用率；

●提升系统的待机时间和货架时间；

●充电IC的集成度、封装大小、电感大小和高度、以及单位体积的损耗及功率密度。

与众不同的SGM41524

SGM41524是圣邦微电子2019年12月最新推出的一款小巧高效的锂离子或锂离子聚合物电池充电器，它可以为小型便携式设备中常见的单电池系统进行供电和充电，采用绿色TDFN-2×3-8BL封装，工作温度-40℃～+85℃，有+55℃和+115℃两个热调节温度可选。内部的开关降压转换器（Switching Buck Converter）在电池充电时调节电源输入，即便在电池缺失的情况下也能够以最大输出能力为系统供电。如果负载和输入电压接近，该转换器可以作为一个简单的无开关直通开关工作。

主要特性

●恒流恒压（CCCV）充电，支持负载预充和限时浮充；

●4.2V～4.5V电池充电时最大充电电流2.3A；

●1.34MHz开关频率；

●充电电压和电流可利用电阻设置；

●4.2V输入电压欠压调节，输出电压回退保持；

●可选过热温度（SGM41524: +115℃; SGM41524C: +55℃）；

●输入电压5V，电流1.5A时，典型峰值效率为92%；

●工作温度范围-40℃～+85℃（选择+115℃过热温度时）；

●绿色TDFN-2×3-8BL封装。

SGM41524是简便易用、功能完整的恒流恒压型充电器，电压电流均可使用电阻设置，参考兼容BAJ/JEITA安全扩展充电白皮书标准。充电电流范围0.3A～2.3A可设，充电电压4.2V～4.5V，以50mV为间隔可设，这些电阻也可在工作中重新设置。

图3 SGM41524典型应用电路

为了确保充放电过程的绝对安全可靠，除内部结温监测电路外另提供NTC（β=3950K）电池温度侦测、根据温度控制充放电参数。当侦测到电池温度超出预设范围（10℃～45℃）时，充电电压和电流就会被自动降低；当温度过高（高于55℃）时，装置将停止充电、以防止热关机和系统电源故障；当温度过低（低于5℃）时，仅使用涓流电流充电，避免电池损伤。同时，SGM41524还支持负载电容预充和限时浮充，保证无电池、大负载、大电容时能有效启动。

SGM41524没有设计单独的电池开关用于将电池与系统（负载）进行连接或断开。但是，当电池在充满且输入电源存在时，它进入电压回退保持模式以降压电源模式为系统负载供电、以确保电池安全和延长使用寿命。在电压回退模式下，其输出电流不受充电电流设置的限制。采用这种在放电通路中没有开关导致的插入损耗，电池能量损失较低；其代价是当电池电压处于极低状态时，系统无法立即启动。因为此时充电通路无法分离，可能需要几分钟时间对电池进行充电，在达到足够的电压水平后才能启动系统负载。

SGM41524的特性之一是充电电压和电流可利用电阻设置。在这一过程中，充电电流通过RCCSET（RCCSET=K/ICC）电阻实现编程可控，其中K是充电电流设置比率，如EC表中所规定，该比率通常为10000V。同时，CC引脚拉到高于VINH的电压水平时可关闭设备；当释放此引脚时，设备将恢复到被禁用之前的状态。CV引脚的电压用来选择7个预设的充电电压。芯片内部设计有一个50μA的灌出电流；利用这一电流可以识别外部对地（或者连接到一个IO引脚）电阻的阻值，利用电阻上产生的电压来选择充电电压。

SGM41524 IND输出通过4种状态来显示不同的状态：

1、低（吸入电流，Sink Current）表示输入电源可用（或不充电）；

2、高（灌出电流，Source Current）表示设备正在充电；

3、Hi-Z（高阻抗状态）表示没有电源可用（当VIN<VCHGm时）或通过提升CC 引脚电压禁止充电；

4、输入电压过高，灌电流/拉电流现象就会交替出现闪烁。注意，在输入电压过高时，由于CHG和POK两个发光二极管通过IND节点串联连接，在IND闪烁时或者处于高阻状态时，它们可能无法被控制不发光；这时的发光电流仅由发光二极管的正向压降和两个串联电阻决定。