【導讀】2016年秋季，Apple公司發(fā)布iPhone 7，宣布取消3.5mm耳機接口，并同步推出無線耳機AirPods。此舉措引爆了無線藍牙耳機和真無線藍牙耳機（TWS）市場。要為小巧的TWS耳機實現(xiàn)更長的待機和通話時間，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器應(yīng)運而生。
電池保護控制器+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)最早獲得市場廣泛認可的結(jié)合了保護控制器和MOSFET開關(guān)單芯兩種功能的小微電池保護芯片。相比于早期的分立控制器和MOSFET開關(guān)電池保護方案，SGM41100A具備尺寸極小的絕對優(yōu)勢，大大減小了電池保護板面積，提升了電池有效容量的體積空間。
SGM41100A與傳統(tǒng)方案體積對比：
1. SGM41100A：尺寸1.5mm × 2mm = 3mm2，外圍1C+1R兩個元件。
2. 分立器件DW01+MOSFET：尺寸3mm × 3mm + 3mm × 3mm = 18mm2，外圍1C+2R三個元件。
3. 多芯片封裝（Multichip Packaging）方案DW01MCG：尺寸2.1mm × 5.8mm = 12.18mm2，外圍1C+2R三個元件。
圖1 SGM41100A與傳統(tǒng)方案實物尺寸對比
電池斷開狀態(tài)下最大功耗100nA
SGM41100A具備三種工作狀態(tài)：電池接通、電池欠壓保護斷開和充放電壓電流異常保護斷開。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的欠壓保護狀態(tài)電流損耗，SGM41100A更加適合TWS耳機、智能手環(huán)等小微電池可移動設(shè)備。設(shè)備出口船運及售前倉儲時間通常可達3至6個月，此時其斷開狀態(tài)的超低耗電則更顯難能可貴。
SGM41100A主要特性
● 極小緊湊型SoC電池保護方案；
● 42mΩ導通阻抗；
● 0.9μA（典型值）工作電流；
● 完整的充電過壓、充電過流、放電過流、過放欠壓保護功能；
● 4.2V至4.55V（50mV步進）過壓保護門限可選；
● 3種適合小微電池的過流保護門限可選；
● 2.4V/2.6V/2.8V/3.0V電池欠壓保護門限可選；
● 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；
● 輸出默認關(guān)閉，有利于組裝和運輸安全；
● 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、充電過流保護、放電過流保護及過放欠壓保護功能；有8個過壓保護閾值、4個欠壓保護閾值和3個過流保護閾值（過充電流、過放電流、短路電流組合）選項，可產(chǎn)生共計8×4×3=96種參數(shù)組合供客戶針對不同規(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可充電的危險性
電池化成過程需要嚴格的充電電壓、充電電流及充電時長控制，以便安全可靠地形成電池SEI膜。一般認為電池SEI膜在0.2V時已經(jīng)大量形成，并在0.8V時充分形成（各廠家電池存在差異）。如果電池電壓過放后電壓達到0V，往往意味著SEI膜消失或內(nèi)部短路，此時如果繼續(xù)充電會非常危險。如圖4所示，VARTA公司在其電池操作注意事項中明確指出：
單個電池電壓低于其規(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
2. 電池是靜電敏感器件，應(yīng)做好ESD防護
下圖為一個典型的電池電極之間異物尺寸和擊穿電壓的對應(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應(yīng)關(guān)系
3. 小微電池應(yīng)選擇適當過流保護門限的保護器件
TWS耳機電池容量多數(shù)處在30mAh至60mAh之間，假如按照電池允許的快充上限5倍率來計算，快充電流可以達到150mA至300mA之間，此時選擇的過充電流保護門限只需要略大一點，如6倍率，即180mA至360mA就足夠了。如果此時選擇一個900mA（30/15倍率）或更大的過充電流保護門限器件，則很難起到保護電池的作用。同樣，過放電電流、短路保護電流，也應(yīng)根據(jù)電池規(guī)格選擇有適當保護電流門限的器件。
來源：圣邦微電子
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