SGM41604：高效單節(jié)電池充電器的卓越之選

在當(dāng)今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，電池充電技術(shù)的重要性不言而喻。SGM41604作為一款I2C控制的單節(jié)8A開(kāi)關(guān)電容并行電池充電器，憑借其獨(dú)特的特性和強(qiáng)大的功能，為電子工程師們提供了一個(gè)出色的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款充電器。

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一、產(chǎn)品概述

SGM41604是一款高效的8A開(kāi)關(guān)電容電池充電設(shè)備，具備I2C控制功能，可在電荷泵分壓器模式或旁路模式下運(yùn)行。它能在3.6V至12V的寬輸入電壓范圍（VBUS）內(nèi)，為單節(jié)鋰離子或鋰聚合物電池充電，輸入電源可以是智能壁式適配器或移動(dòng)電源。其開(kāi)關(guān)電容架構(gòu)針對(duì)50%占空比進(jìn)行了優(yōu)化，能將輸入電流降至電池電流的一半，有效減少了應(yīng)用中的布線壓降、損耗和溫升。

二、關(guān)鍵特性

（一）高效開(kāi)關(guān)電容架構(gòu)

• 高輸出電流：最大可提供8A的輸出電流，滿足快速充電需求。
• 寬輸入電壓范圍：3.6V至12V的輸入電壓范圍，適應(yīng)多種電源。
• 靈活的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置：187.5kHz至1.5MHz的開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整。
• 高電壓分壓器模式效率：當(dāng) (V{BAT}=4V)，(I{BAT}=2A) 時(shí)，電壓分壓器模式效率超過(guò)98%。

（二）雙輸入電源多路復(fù)用控制器

支持雙輸入配置，通過(guò)集成的MUX控制和外部OVPFET驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電源選擇。同時(shí)，也支持無(wú)OVPFET或單OVPFET的單輸入配置。

（三）集成可編程保護(hù)功能

具備多種保護(hù)功能，如輸入過(guò)壓保護(hù)（VBUS_OVP）、電池過(guò)壓保護(hù)（VBAT_OVP）、輸入過(guò)流保護(hù)（IBUS_OCP）等，確保充電過(guò)程的安全可靠。

（四）并行充電支持

通過(guò)同步雙SGM41604，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)13A的充電電流，滿足更高功率系統(tǒng)的需求。

（五）10通道16位（有效）ADC轉(zhuǎn)換器

可監(jiān)測(cè)VAC1、VAC2、VBUS、IBUS、VOUT、VBAT、IBAT、TSBUS、TSBAT、TDIE等參數(shù)，為充電管理主機(jī)提供豐富的信息。

三、工作模式

（一）電荷泵分壓器模式

該模式以固定的50%占空比運(yùn)行。以開(kāi)關(guān)電容的其中一個(gè)通道為例，在周期1中，Q1和Q3導(dǎo)通，(VPM) 對(duì) (C{FLY}) 和電池進(jìn)行充電；在周期2中，Q2和Q4導(dǎo)通，(CFLY) 與電池并聯(lián)。通過(guò)計(jì)算可得 (V{CFLY}=V{BAT}=V{PMID} / 2)，且 (I{BUS }=I{BAT } / 2)。這種模式下，輸入和輸出的周期平均功率相等，有效降低了輸入電流。

（二）旁路模式

當(dāng)VVBUS接近VVOUT時(shí)，SGM41604可進(jìn)入旁路模式。通過(guò)設(shè)置 (EN_BYPASS =1)，VBUS和VOUT之間的所有開(kāi)關(guān)完全導(dǎo)通，其他開(kāi)關(guān)保持關(guān)閉。旁路模式下，充電器效率高，可提供高達(dá)5A的電流。

四、充電系統(tǒng)

SGM41604是一個(gè)從充電器設(shè)備，需要一個(gè)主機(jī)進(jìn)行控制。主機(jī)必須設(shè)置所有保護(hù)功能，并在啟用SGM41604之前禁用主充電器。在高電流充電期間，主機(jī)需監(jiān)測(cè)nINT中斷，并與壁式適配器通信以控制充電電流。

五、輸入配置

（一）單輸入無(wú)ACFET - RBFET

VAC1和VAC2直接連接到VBUS，ACDRV1和ACDRV2短路到GND。這種配置下，SGM41604不負(fù)責(zé)控制外部OVPFET。

（二）單輸入有ACFET1

僅使用VAC1的輸入N溝道MOSFET（ACFET1），RBFET1和ACFET2 - RBFET2不使用。VAC1和ACDRV1分別連接到ACFET1的漏極和柵極，VAC2連接到VBUS，ACDRV2短路到GND。

（三）雙輸入有ACFET1 - RBFET1

僅使用VAC1的一組背靠背N溝道MOSFET（ACFET1 - RBFET1），VAC1連接到ACFET1的漏極，ACDRV1連接到ACFET1 - RBFET1的公共柵極，VAC2連接到VBUS，ACDRV2短路到GND。

（四）雙輸入有ACFET1 - RBFET1和ACFET2 - RBFET2

同時(shí)使用VAC1和VAC2的兩組背靠背N溝道MOSFET，SGM41604支持從VAC1和VAC2的雙輸入源。在這種配置下，AP可以通過(guò)控制ACDRV1_STAT和ACDRV2_STAT進(jìn)行輸入源的切換。

六、保護(hù)功能

（一）輸入過(guò)壓保護(hù)（VAC1_OVP、VAC2_OVP）

監(jiān)測(cè)VAC1/VAC2引腳的適配器電壓，通過(guò)ACDRV1/ACDRV2輸出控制外部OVPFET。當(dāng) (VVAC1) 超過(guò) (VAC_PRESENT_R) 且滿足一定條件時(shí)，ACDRV1輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)打開(kāi)ACFET1 - RBFET1；當(dāng) (VAC1) 達(dá)到 (VAC_OVP_R) 閾值時(shí)，關(guān)閉ACFET1 - RBFET1。

（二）輸入短路保護(hù)（VBUS_SCP）

監(jiān)測(cè)VBUS引腳是否短路。當(dāng)外部OVPFET打開(kāi)或 (VUBUS) 超過(guò) (V_{BUS_PRESENT_R}) 時(shí)，該功能啟用。如果VVBUS低于2V，充電停止，CHG_EN位復(fù)位為0。

（三）輸入、輸出和電池過(guò)壓保護(hù)（VBUS_OVP、VOUT_OVP和VBAT_OVP）

檢測(cè)輸入和輸出電壓條件。如果輸入或輸出電壓高于保護(hù)閾值，設(shè)備停止充電，CHG_EN位復(fù)位為0。

（四）輸入和電池過(guò)流保護(hù)（IBUS_OCP和IBAT_OCP）

IBUS_OCP通過(guò) (QRE) 監(jiān)測(cè)輸入電流，當(dāng)IBUS達(dá)到IBUS_OCP閾值時(shí)，停止充電；IBAT_OCP通過(guò)監(jiān)測(cè)外部串聯(lián)分流電阻上的電壓來(lái)監(jiān)測(cè)電池電流，當(dāng)IBAT達(dá)到IBAT_OCP閾值時(shí)，停止充電。

（五）輸入欠流保護(hù)（IBUS_UCP）

在正向充電期間，通過(guò) (Q{RB}) 檢測(cè)輸入電流。如果 (I{BUS}) 低于IBUS_UCP并經(jīng)過(guò)tIBUS_UCP_DEG消抖時(shí)間，充電停止。

（六）CFLY診斷（CFLY_SHORT）

在電壓分壓器切換（充電）之前和期間，識(shí)別飛電容的健康狀況。如果飛電容無(wú)法充電，電壓 (VCFHx) 和 (VGFLx) 之間的電壓保持低于 ((V_{vout }-0.6 V))，則檢測(cè)到CFLY短路，停止初始化過(guò)程，CHG_EN位復(fù)位為0。

（七）轉(zhuǎn)換器峰值過(guò)流保護(hù)（PEAK_OCP）

監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)工作電流。當(dāng) (QCLx) 或 (QDLx) 電流達(dá)到開(kāi)關(guān)OCP閾值時(shí)，停止充電。

（八）TDIE過(guò)溫保護(hù)（TDIE_OTP）

監(jiān)測(cè)芯片溫度，當(dāng)達(dá)到 (TDIE_OTP_R) 閾值時(shí)，停止充電。直到芯片溫度下降30℃滯后，才能重新啟動(dòng)啟動(dòng)序列。

（九）電池和電纜連接器溫度監(jiān)測(cè)（TSBAT_FLT和TSBUS_FLT）

通過(guò)TSBAT_SYNCOUT和TSBUS引腳監(jiān)測(cè)電池和電纜連接器溫度。當(dāng)TSBUS或TSBAT_SYNCOUT引腳的電壓低于特定閾值時(shí)，停止充電。

七、寄存器映射

SGM41604的所有寄存器均為8位，通過(guò)I2C接口進(jìn)行配置和讀取。寄存器映射涵蓋了各種功能設(shè)置、狀態(tài)位、標(biāo)志位和閾值設(shè)置，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置。

八、應(yīng)用信息

（一）輸入電容選擇

選擇輸入電容時(shí)，需考慮足夠的電壓裕量和不過(guò)大的電壓裕量，以限制從電源汲取的峰值電流并降低輸入噪聲。CVAC1、CVAC2和CVBUS應(yīng)使用低ESR旁路陶瓷電容，CPMID通常使用10μF或更大的X5R陶瓷電容。

（二）外部OVPFET選擇

最大推薦輸入范圍為12V。如果VAC1或VAC2電壓高于12V，建議在適配器輸入和SGM41604之間使用兩組背靠背N溝道OVPFET，并選擇低RDSON的MOSFET以最小化功率損耗。

（三）飛電容選擇

飛電容的電流額定值、ESR和偏置電壓降額是關(guān)鍵參數(shù)。為了在效率和功率密度之間取得平衡，可將 (CFLY) 電壓紋波設(shè)置為 (VYOUT) 的2%。每個(gè)通道的 (C{FLY}) 可通過(guò)公式 (C{F L Y}=frac{I{B A T}}{4 f{S W} V{C F L Y{-} R P P}}=frac{I{B A T}}{8 % f{S W} V{D C{C F L Y}}}) 計(jì)算。

（四）輸出電容選擇

(C.vout) 的選擇標(biāo)準(zhǔn)與 (C{FLY}) 電容類似。由于雙通道操作，(C{voUT }) 的RMS電流比 (CFLY) 小得多，因此可以選擇較小的電容值。通常使用22μF、X5R或更好等級(jí)的陶瓷電容，放置在VOUT和GND引腳附近。

（五）PCB布局指南

良好的PCB布局對(duì)于SGM41604的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。應(yīng)使用短而寬的走線來(lái)承載高電流的VBUS，盡量減少連接器，使用實(shí)心熱過(guò)孔進(jìn)行熱釋放，將VBUS、PMID和VOUT引腳通過(guò)陶瓷電容旁路到GND，并將 (CFLY) 電容盡可能靠近設(shè)備放置。

九、總結(jié)

SGM41604是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的單節(jié)電池充電器。其高效的開(kāi)關(guān)電容架構(gòu)、豐富的保護(hù)功能和靈活的輸入配置，使其適用于智能手機(jī)、平板電腦等多種應(yīng)用場(chǎng)景。電子工程師在設(shè)計(jì)充電系統(tǒng)時(shí)，可以充分利用SGM41604的特性，實(shí)現(xiàn)安全、高效的電池充電解決方案。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似充電器的挑戰(zhàn)呢？又有哪些獨(dú)特的解決方案呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。