【導讀】2016年秋季，Apple公司發布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運而生。
電池保護控制器+MOSFET開關單芯二合一
SGM41100A系列產品是圣邦微電子在業內最早獲得市場廣泛認可的結合了保護控制器和MOSFET開關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開關電池保護方案，SGM41100A具備尺寸極小的絕對優勢，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與傳統方案實物尺寸對比
電池斷開狀態下最大功耗100nA
SGM41100A具備三種工作狀態：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。在結溫-40℃至+85℃的全溫度范圍內，開關接通狀態下的自身功耗最大值僅1.5μA（典型值0.9μA），斷開狀態下的功耗最大值僅100nA。
相較于分立和多芯封裝產品5μA至6μA的工作電流和1μA至2μA的欠壓保護狀態電流損耗，SGM41100A更加適合TWS耳機、智能手環等小微電池可移動設備。設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深度放電關斷功能；
● 50nA電池欠壓及深度放電關斷電流；
● 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，可產生共計8×4×3=96種參數組合供客戶針對不同規格的電池自由選擇。
表1 器件閾值選型
一些分享
1. 關于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膜消失或內部短路，此時如果繼續充電會非常危險。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關系。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關系
3. 小微電池應選擇適當過流保護門限的保護器件
TWS耳機電池容量多數處在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，也應根據電池規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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