SGM41524
一款小巧且高效的锂离子 (Li+) 或锂离子聚合物（Li+/聚合物）电池充电器
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。
GENERAL DESCRIPTION
SGM41524 是一款小巧高效的锂离子 (Li+) 或锂离子聚合物（Li+/polymer）电池充电器。 它可以为小巧型便携式设备中的单节电池供电和充电。 即使没有电池，内部开关降压转换器也会调节电源输入，以便为电池充电和为系统供电。 如果负载和输入电压接近，转换器也可以作为简单的直通开关工作，无需开关。
典型应用电路如图 2 所示。 SGM41524 具有电阻可编程恒流和恒压充电能力以及充电限制定时器，并符合 BAJ/JEITA 安全指南。 NTC (β = 3950K) 可用于在内部结温监控之上进行电池温度检测。IND 状态输出引脚可连接到 LED 以指示操作条件，例如电源输入正常 (POK)、充电中 (CHG)、VIN 过压（POK 和 CHG 交替闪烁）和无电源/禁用 (OFF) . 输出上的电压折返用于从输入为系统供电，同时保持电池电量并防止过度充电。输入欠压调节是通过降低负载电流来实现的，这样当电源较弱时 VIN 保持在最小值以上。同样，可以通过降低输出功率来调节和限制芯片温度，以避免器件或电路板过热。
这些特性简化了系统设计，确保了安全可靠的运行以及改善的用户体验。
SGM41524 采用绿色 TDFN-2×3-8BL 封装。 该器件在 -40℃ 至 +85℃ 的温度范围内工作，具有 +55℃ 或 +115℃ 的两种过温调节选项。
FEATURES
●恒流，恒压（CCCV）充电，限时浮充
●支持负载预充
●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编程设置
●4.2V输入电压欠压调节，输出电压回退保持
●过温调节可选（SGM41524: +115℃; SGM41524C: +55℃）
●Vin=5V，I=1.5A时，典型峰值效率为92%
●工作温度范围-40℃～+85℃
●绿色TDFN-2×3-8BL封装。
APPLICATIONS
可以给 500mAh 至 6000mAh 锂离子/聚合物电池供电和充电控制
PIN DESCRIPTION
备注：I：输入，O：输出，IO：输入或输出，G：地，P，电源，IC：内部连接，NC：空
FUNCTION DESCRIPTION AND APPLICATION
SGM41524 是一款通用独立开关模式充电器设备，专为使用 Li+/poly 可充电电池的系统供电而设计。提供了多种功能，包括充电电压和电流编程以及状态指示。持续监控输入电压和芯片温度以防止输出电源故障。如果输入电源电压下降过低，器件会降低输出功率以减少输入负载并防止进一步下降和电源故障。同样，如果结温因重载过热，输出功率会降低，以防止热关断和系统电源故障。支持恒流、恒压、恒流预充电、涓流充电（输入电源弱时）等多种充电模式。
此设备没有单独的电池开关来连接或断开电池与系统（负载）的连接。但是，当电池充满电且存在输入电源时，它使用电压折返保持来确保电池安全并延长使用寿命。 使用这种方法，电池能量损失较低，因为放电路径中没有开关。 唯一的缺点是如果电池电压过低，则无法立即启动系统，因为充电路径无法分离，可能需要几分钟的时间给电池充电并达到足够的电压水平才能启动负载系统 。
Power-Up with Low/No Battery
如果电池未连接或其电压低于 VCHG的 60% (VVBAT< 0.6VCHG)，则设备以限制在 300mA 以下的电流为 VBAT 供电约 5ms，以便在它之前对电池和系统负载进行预充电进入电池预处理充电状态。在器件开始提供较低的预处理电流（接近 97mA）之前，此预充电周期可以将 500μF 电容器（在 VBAT 和 GND 之间）的电压增加高达 3V。
如果在快速充电阶段之前启动负载，则供电容量将在较长时间内受限于前置充电电流。最初的 5ms 预充电期可以在没有连接电池的情况下快速将设备带到快速充电甚至折返阶段，并在短时间内为系统运行提供足够的电量。
Charging Profile and Fold-Back Retaining
充电曲线如图 1 所示。当电池电压低于 0.6VCHG 时，输出电流被调节到低且安全的预处理水平 (IPRE)。 另一方面，当输入电源存在且充电完成时，输出会进入安全电压折返模式，为负载供电。在这种模式下，输出电流被限制在低于峰值开关电流限制 (IPEAK) 而不是编程的充电电流限制。图 5 显示了评估板电路的负载瞬态响应，其充电电流被编程为小于负载电流。
在充电期间监控输入电压。如果电源较弱且在重载下无法维持其电压，则减小充电电流以避免由于输入电压下降而导致系统功率崩溃。
如果电池电压超过浮动电压 VFLT并且充电电流低于充电结束电流 (IRES) 或浮动充电定时器超时 (tFCOT)，则认为充电已满。
当检测到充满电状态时，输出将下降到折返保持输出电压比（FR 比通常为 EC 表中规定的 VCHG的 97.1%）指定的折返电压，转换器继续工作，但指示灯显示“未充电”。如果电池电压高于折返电平，切换将停止。 VBAT 受到定期监控，如果低于该水平，降压转换器开始工作并将输出调节至折返水平。完全充电状态一直持续到输入电源被回收或电池电压低于再充电电压电平 (VRR)。
如果输入和输出之间的压降 (VDROP) 很小且小于 VDROPm，则器件进入正向二极管状态并停止开关。 如果 VDROP 超过 VDROPm 水平，则恢复切换。 如果 VDROP < VDROPm的时间长于保持时间 (tRET)，则 CHG 指示将关闭。
Charge Current Programming and Turn Off
充电电流由 RCCSET 电阻通过 RCCSET= K/ICC 进行编程，其中 K 是充电电流设置比率，通常为 EC 表中指定的 10000V。
将 CC 引脚拉至高于 VINH 的电压电平将关闭（禁用）设备。当该引脚被释放时，设备将恢复被禁止之前的状态。
Charge Voltage Programming
通过在 CV 引脚上设置电压，可以将充电电压编程为 7 个预设值之一。一个 50μA 电流源在内部连接到 CV 引脚。 编程可以通过直接向 CV 引脚施加电压来完成，或者通过将一个电阻连接到 GND 来完成，从而产生与表 1 所示相同的电压。
BAJ/JEITA Charging Extending and Safety
本设备根据 BAJ/JEITA 二次锂离子电池安全使用指南执行电池温度相关充电控制。NTC (β = 3950K) 可用于电池温度检测，如图 2（或图 3）所示。
如表 2 所示，当检测到的电池温度超出首选充电范围（10℃至 45℃）时，充电电压和电流会降低。 当温度过高（55℃以上）时，设备停止充电，当温度过低（低于5℃）时，只充电很小的前置电流。
如果未使用 NTC 功能，请将 NTC 引脚接地。当输入电压超过 2.7V 时，器件会在启动期间检查接地 NTC 引脚。
Indication and Status Reading
IND 输出可以有 4 种状态来显示不同的条件： (1) 低（灌电流）表示输入电源可用（或未充电）； (2) 高（源电流）表示设备正在充电； (3) Hi-Z(开路)表示无电源可用(当VIN < VCHGm)或通过上拉CC引脚电压关闭时； (4) 如果发生输入过电压，则闪烁或交替显示低和高（灌电流和拉电流）。 IND电压可作为主机或其他电路状态检测的信号。
请注意，在高阻抗状态（Hi-Z）下，POK LED 和 CHG LED 由输入电压（全部串联）正向偏置，它们可以根据由 LED 正向电压和串联电阻确定的驱动电流开启。
Input Voltage Regulation and Thermal Regulation
为防止电源关断，如果 VIN 降至接近最小值 (VCHGm)，输出电流会逐渐减小。 当 VIN 降至 VCHGm 电平时，输出电流最终会达到零。 类似地，如果结温增加到接近其最大值 (TOTR)，输出电流会逐渐减小，并在温度达到 TOTR 时达到零。
Component Selection and Layout
Inductor Selection
由于 1.34MHz 的高工作开关频率，可以选择小型电感器和电容器。 选择饱和电流略高于充电电流 (ICHG) 加上纹波电流峰峰值幅度 (IRIPPLE) 一半的电感器：
电感纹波电流取决于输入电压 (VVBUS)、占空比 (D = VVBAT/VVBUS)、开关频率 (fS) 和电感 (L)。 在 CCM 中（例如满载）：
当占空比 (D) 为 0.5 或接近 0.5 时，会出现最大电感纹波电流。 通常，电感纹波设计在最大充电电流的 20% 到 40% 之间，作为电感器尺寸和效率之间的权衡。 较小的电感会导致流入电容器和开关的纹波 (AC) 电流较高，并会降低效率。
Input Capacitor
选择具有足够 RMS电流 额定值的输入电容，以将输入开关交流电流与输入去耦。X5R 或 X7R 等低 ESR 陶瓷电容器更适合用于输入去耦。通常，10μF 的电容适用于 1A 至 2A 的充电电流。保持电容器靠近 VIN 和 GND 引脚，以最大限度地减少输入纹波电流循环路径中的寄生电感。在最坏的情况下，当占空比为 D = 50% 时，纹波电流的 RMS 是直流充电电流 (ICHG) 的一半。 如果转换器不在 50% 的占空比下运行，则最坏的情况发生在占空比最接近 50% 时。 输入 RMS 电流 (ICIN) 可通过公式 3 估算。
Output Capacitor
设计输出电容时必须考虑几个因素。首先，SGM41524 具有降压转换器的内部环路补偿，针对大于 10μF 的陶瓷输出电容进行了优化。输出电容器 (COUT) 循环输出纹波电流并防止其进入电池。电池中的交流电流会导致额外发热并缩短使用寿命。
公式 4 给出了未连接电池时的输出电容器 RMS 电流 ICOUT。
最坏情况下的 RMS 纹波电压计算如下：
应选择足够大的电容以满足可接受的 VRPPLE 的系统要求。在系统设计中，必须仔细考虑无电池运行。通常，电池的存在有助于过滤电压骤降和波动，并在发生负载浪涌时提供峰值能量需求。当没有电池时，需要一个相对较大的电容器才能有适当的性能。
除了 VRIPPLE 要求之外，负载启动浪涌电流是选择输出电容器时要考虑的另一个因素。 如果在开始时器件变为折返，转换器不会开始开关，因为输出电容器保持高于折返保持电压的电压。 VBAT 电压会受到定期监控，只要它高于折返电压，在没有电池的情况下，只有输出电容器为系统供电。 电容应足够大以维持 VBAT 电压并防止在开关折返模式电源操作开始之前降至最低系统要求以下。 满足此要求的电容在很大程度上取决于负载的启动方式，包括其时序、启动电流和可接受的电压降。 如果考虑在没有电池的情况下运行，建议使用原型进行验证。
