關(guān)鍵詞：全集成升降壓；NVDC 充放電路徑管理；動態(tài)功率管理

圣邦微電子推出 SGM41574 和 SGM41575 兩款高集成度升降壓電池充電及系統(tǒng)電源路徑管理芯片。兩個器件均內(nèi)置四顆功率開關(guān) MOSFET 和一顆連接系統(tǒng)與電池的充放電管理 MOSFET（BATFET）。憑借其高功率、高效率、雙向升降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及 NVDC(腳注1)充放電路徑管理優(yōu)勢，SGM41574/5 可廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、平板設(shè)備、無繩電動工具、清潔機(jī)器人等多個市場。

圖 1 SGM41574 簡化原理圖

其中，SGM41574 采用 TQFN-4×4-29L 封裝，SGM41575 采用 WLCSP-2.97×3.37-56B 封裝，兩者均能為極小尺寸、高功率密度應(yīng)用提供理想的設(shè)計解決方案。相較于 SGM41574，SGM41575 額外提供了一個輸入電源良好指示引腳 nPG，一個充電電流檢測輸出引腳 IBAT，以及一個連接檢測電池負(fù)端電壓的引腳 BATN。

圖 2 SGM41574 封裝引腳圖

圖 3 SGM41575 封裝引腳圖

卓越電氣性能

SG Micro Corp

SGM41574/5 支持 3.6V 至 24V 的寬輸入電壓范圍，電池充滿電壓可在 3V 至 18.8V 范圍內(nèi)靈活設(shè)置（10mV 步進(jìn)），充電電流在 50mA 至 5A 之間可設(shè)（10mA 步進(jìn)），能夠良好適配一至四節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池充電應(yīng)用場景。其寬輸入電壓與電流范圍支持 USB-PD 應(yīng)用，最高充電功率可達(dá) 60W，能滿足客戶日益增長的用電功率需求和對系統(tǒng)快速補(bǔ)電的期待。

SGM41574/5 采用低阻抗功率路徑，系統(tǒng)充電效率最高可達(dá) 96%（測試條件：VVBUS= 9V, VBAT= 8V, ICHG= 2A, fSW= 750kHz）。高效率充電不僅有利于節(jié)能環(huán)保，還能降低系統(tǒng)散熱設(shè)計難度，有效控制電池溫升，延長電池壽命。

圖 4 SGM41574 兩節(jié)電池充電效率

圖 5 SGM41574 四節(jié)電池充電效率

SGM41574/5 具備高精度的充滿電壓與充電電流控制能力，SGM41574 典型參數(shù)精度范圍見表 1 和 表 2。

表 1 SGM41574 不同充滿電壓下精度范圍

表 2 SGM41574 不同快充電流下精度范圍

智能功率路徑管理

SG Micro Corp

1、NVDC 充放電路徑管理

SGM41574/5 采用 NVDC 充放電路徑管理架構(gòu)，內(nèi)置 BATFET 連接電池與系統(tǒng)，支持動態(tài)電源路徑管理，可在適配器供電、電池補(bǔ)電及混合模式間智能切換。即便在沒有電池或電池電量完全耗盡的情況下，系統(tǒng)電壓仍可穩(wěn)定維持在預(yù)設(shè)最低電壓以上。當(dāng)輸入端適配器功率足夠大，芯片可同時為系統(tǒng)供電和電池充電；當(dāng)系統(tǒng)功率需求突增而適配器輸入功率不足時，芯片會自動切換至補(bǔ)電模式，由電池和適配器一起為系統(tǒng)供電，確保設(shè)備正常運(yùn)行。其正向功率傳輸路徑如圖 6 所示。

圖 6 充電器正向功率傳輸路徑示意圖

2、輸入動態(tài)功率管理

SGM41574/5 支持輸入動態(tài)功率管理（DPM）功能，可實時監(jiān)測并限制輸入電壓和輸入電流，避免輸入適配器過載或超出最大電流限制。在 DPM 模式下，芯片會通過動態(tài)調(diào)整充電電流優(yōu)先保證系統(tǒng)供電需求，在系統(tǒng)功率較大的時候，支持電池與適配器一起為系統(tǒng)供電。SGM41574/5 還集成一種輸入電流優(yōu)化能力（ICO），可以監(jiān)測調(diào)節(jié)最大輸入電流限制，避免輸入適配器工作在 VINDPM 過載狀態(tài)。

圖 7 VINDPM（輸入電壓動態(tài)功率管理）策略下系統(tǒng)電壓、電池電壓和電流的變化曲線

圖 8 IINDPM（輸入電流動態(tài)功率管理）策略下系統(tǒng)電壓、電池電壓和電流的變化曲線

3、雙輸入源選擇功能

SGM41574/5 可靈活配置單輸入源或雙輸入源兩種架構(gòu)，并配備雙輸入源選擇管理功能，可通過軟件配置實時切換供電源，適用于具備雙輸入充電端口設(shè)備，兼容有線與無線充電方案。

4、電池反向供電 VBUS 端口功能

通過寄存器設(shè)置，SGM41574/5 支持電池反向給 VBUS 端口設(shè)備供電，以滿足 USB OTG、PD 等系統(tǒng)應(yīng)用。該功能模式下，可設(shè)置 VBUS 輸出電壓范圍為 2.8V 至 22V（最小步進(jìn) 10mV），可設(shè)置 VBUS 輸出電流限范圍為 120mA 至 3.32A（最小步進(jìn) 40mA）。

圖 9 SGM41574 電池反向供電 VBUS 端口功率路徑

5、儲運(yùn)模式（Ship Mode）

SGM41574/5 提供 SDRV 驅(qū)動引腳，可控制外部 N-MOSFET 實現(xiàn)儲運(yùn)模式。在僅由電池供電時，主機(jī)可以通過 I2C 接口將設(shè)備設(shè)置為儲運(yùn)模式或關(guān)斷模式，從而斷開電池至系統(tǒng)的供電路徑，降低漏電流，有利于降低便攜式設(shè)備在出廠運(yùn)輸、長期儲存過程中的電池耗電，延長電池壽命。

圖 10 SGM41574 電路配置（未使用 Ship-FET）

圖 11 SGM41574 電路配置（使用 Ship-FET）

靈活通訊與智能識別

SGM41574/5 支持 I2C 通信接口。主機(jī)可通過 I2C 接口靈活配置充電電壓、充電電流、系統(tǒng)電壓、OTG 輸出電壓等功率參數(shù)，并實時監(jiān)測芯片運(yùn)行狀態(tài)和故障示警。芯片還集成了多個 16 位 ADC，可用于監(jiān)測輸入電壓、輸入電流、電池電壓、充電電流、系統(tǒng)電壓以及電池和芯片的溫度，為實現(xiàn)智能、安全、可靠的充電策略提供數(shù)據(jù)支持。

SGM41574/5 支持單機(jī)模式運(yùn)行。無需主機(jī)控制即可自動檢測電池電壓并按默認(rèn)參數(shù)設(shè)置開始充電。在非 DPM 或熱調(diào)節(jié)模式下，檢測到充滿電后，充電周期將自動截止；如果電池電壓再次低于復(fù)充閾值，則自動開啟新一輪充電周期。

SGM41574/5 可通過 D+/D- 引腳自動識別輸入電源類型，器件符合 USB BC1.2 協(xié)議規(guī)范，可識別 SDP、CDP、DCP 和非標(biāo)準(zhǔn)類型適配器。同時還內(nèi)置 QC2.0 快充握手協(xié)議，支持可調(diào)高壓適配器（HVDCP）的快速充電應(yīng)用。通過配置 DPLUS_DAC 和 DMINUS_DAC 寄存器，用戶還可以實現(xiàn)其他適配器接口協(xié)議的定制化。

全面監(jiān)控與多重保護(hù)

SGM41574/5 為電池充電和系統(tǒng)運(yùn)行提供全面的保護(hù)，包括輸入/系統(tǒng)/電池過壓保護(hù)、正向和反向輸出過流保護(hù)、芯片熱關(guān)斷保護(hù)、電池溫度監(jiān)控、充電安全定時器等。一旦觸發(fā)故障或保護(hù)狀態(tài)，芯片可通過 STAT 引腳閃爍示警，并通過 nINT 引腳向主機(jī)發(fā)送負(fù)脈沖信號，內(nèi)置狀態(tài)寄存器也會實時記錄芯片運(yùn)行狀態(tài)和故障保護(hù)狀態(tài)。通過內(nèi)置的 16 位 ADC，主機(jī)也可以實時監(jiān)測輸入電壓、輸入電流、電池電壓、充電電流、系統(tǒng)電壓以及電池和芯片的溫度等參數(shù)，助力系統(tǒng)實現(xiàn)更靈活、安全、可靠的充電策略。

SGM41574/5 典型參數(shù)一覽

輸入電壓范圍：3.6V 至 24V；

最高輸入耐壓：30V；

支持電池節(jié)數(shù)：一至四節(jié)；

電池充滿電壓：3V 至 18.8V，10mV 步進(jìn)；

最低系統(tǒng)電壓：2.5V 至 16V，250mV 步進(jìn)；

快充充電電流：50mA 至 5A，10mA 步進(jìn)；

預(yù)充充電電流：40mA 至 2A，40mA 步進(jìn)；

截止電流：40mA 至 1A，40mA 步進(jìn)；

輸入電壓限值（VINDPM）：3.6V 至 22V，100mV 步進(jìn)；

輸入電流限值（IINDPM）：100mA 至 3.3A，10mA 步進(jìn)；

VBUS反向輸出電壓：2.8V 至 22V，10mV 步進(jìn)；

VBUS反向輸出電流限值：120mA 至 3.32A，40mA 步進(jìn)；

開關(guān)頻率可選：750kHz，1500kHz；

充電效率：96%@VVBUS= 9V，VBAT= 8V，ICHG= 2A，fSW= 750kHz；

支持輕載 PFM 模式和 OOA 功能；

雙輸入電源通道管理；

基于 BC1.2 協(xié)議自動識別適配器類型，支持 QC2.0 快充協(xié)議；

提供 SDRV 驅(qū)動引腳支持儲運(yùn)模式；

集成功率 MOSFET，電流檢測與環(huán)路補(bǔ)償；

NVDC 充放電路徑管理；

輸入電壓、輸入電流動態(tài)功率跟蹤；

I2C 通訊端口；

集成 16 位 ADC 監(jiān)測各電壓、電流、結(jié)溫等參數(shù)；

過壓、過流、過熱、短路、充電安全計時等多重保護(hù)。

腳注1：NVDC 充放電路徑管理架構(gòu)是從傳統(tǒng)高功率橋接充電路徑（HPB）衍生而來，是一種低壓差充電方案，即在充電時讓系統(tǒng)供電電壓跟隨電池電壓。如果電池電壓與系統(tǒng)供電電壓接近，則充電電源的輸入電流可以方便地在負(fù)載和電池之間分流，充電電源不需要考慮同時給系統(tǒng)和充電滿額配置，從而降低系統(tǒng)方案的成本。此外，即使在沒有電池或電池電壓很低時，設(shè)備也能維持最低系統(tǒng)電壓，從而提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)于圣邦微電子

圣邦微電子（北京）股份有限公司（股票代碼 300661）作為高性能、高品質(zhì)綜合性模擬和模數(shù)混合信號集成電路供應(yīng)商，產(chǎn)品覆蓋信號鏈和電源管理兩大領(lǐng)域，目前擁有 36 大類 6600 余款可銷售型號，為工業(yè)與能源、汽車、網(wǎng)絡(luò)與計算和消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供各類模擬及混合信號調(diào)理和電源管理創(chuàng)新解決方案。