【導(dǎo)讀】國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布全球季度可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的最新數(shù)據(jù)顯示，2019年第三季度全球可穿戴設(shè)備的總發(fā)貨量為8450萬(wàn)臺(tái)，同比上漲94.6%，創(chuàng)下單季度發(fā)貨量新高。其中蘋(píng)果仍然是全球最大的可穿戴設(shè)備供應(yīng)商，第三季度里增長(zhǎng)了近兩倍，達(dá)2950萬(wàn)部，以35%的市場(chǎng)份額占據(jù)第一，高于去年第三季度1000萬(wàn)部的出貨量數(shù)據(jù)。
海量可穿戴設(shè)備（包括智能手表（200mAh～500mAh）、AR/VR設(shè)備（1000mAh～2600mAh）、真無(wú)線立體聲耳機(jī)及其充電盒（300mAh～1000mAh），以及頭戴式耳機(jī)（300mAh～600mAh）等典型產(chǎn)品）的集中上市，對(duì)小型電池在充放電時(shí)間、效率、安全方面都提出了更為苛刻的要求和挑戰(zhàn)。
用大電流SGM41524取代線性充電器
在人們的印象中，一些設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本較低的小型電池與低充電電流應(yīng)用，比如可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備等都首選線性充電器（Linear Charger）；智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等高功率和多單元電池應(yīng)用則更愿意使用開(kāi)關(guān)充電器（Switching Charger）。目前這種觀念正在發(fā)生變化，開(kāi)關(guān)型充電器正在加速其邁向小容量電池應(yīng)用的步伐。
線性充電器和開(kāi)關(guān)充電器的最大區(qū)別在于效率差異。線性充電器體積小、易于使用、成本低廉，也沒(méi)有電流切換動(dòng)作，適用于噪聲敏感的應(yīng)用；但當(dāng)充電電流較大時(shí)，功耗會(huì)很高；而開(kāi)關(guān)充電器則以高效率為特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)型充電器，在增加電池充電電流倍率的同時(shí)，減少了充電時(shí)間和產(chǎn)生的熱量，降低了裝置外殼表面溫度。
圖1 SGM41524在5V輸入時(shí)優(yōu)秀的充電效率曲線
我們以500mAh和1000mAh電池為例進(jìn)行對(duì)比。
圖2可見(jiàn)，500mAh電池分別采用0.5C、1C比容量電流的線性充電器和2C、3C比容量電流的SGM41524開(kāi)關(guān)型充電器充電，充電時(shí)間分別約為120分鐘、60分鐘、30分鐘和20分鐘，平均功率損耗分別為0.3瓦、0.6瓦、0.33瓦和0.5瓦。
圖2 500mAh電池采用不同充電器的充電時(shí)間和功率損耗
圖3可見(jiàn)，如果換成1000mAh電池，線性充電器則至多只能以0.5C比容量電流充電了。對(duì)比0.5C的線性充電器和1C、2C、2.5C的SGM41524開(kāi)關(guān)型充電器。相比之下，四種模式下的充電時(shí)間分別為120分鐘、60分鐘、30分鐘和24分鐘，功率損耗分別為0.6瓦、0.33瓦、0.66瓦和0.83瓦。
圖3 1000mAh電池采用不同充電器的充電時(shí)間和功率損耗
可見(jiàn)，即便用于容量不大的單電池系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)型充電器也有顯著優(yōu)勢(shì)。
因此，對(duì)于常見(jiàn)電池容量在500mAh～6000mAh范圍內(nèi)的充電應(yīng)用，以下6個(gè)方面正成為競(jìng)爭(zhēng)著力點(diǎn)：
● 用戶體驗(yàn)：高效充電提高可用率、降低熱感；
● 充電電流：同樣輸入電源取得更高充電電流，縮短充電時(shí)間；
● 充電安全：包括電壓電流限制、片芯和電池溫度監(jiān)視和高、低溫充電限制、兼顧BAJ/JEITA安全指南建議（最新研究表明電池適合在更高溫度范圍工作）和接觸浪涌鉗位；
● 電能利用率：提高電池容量的利用率和外部電源輸入的利用率；
● 待機(jī)功耗：提升系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間和儲(chǔ)運(yùn)保鮮時(shí)間；
● 集成度：提高集成度、減小方案尺寸、提高單位體積的供應(yīng)能力。
與眾不同的SGM41524
SGM41524是圣邦微電子最新推出的一款小巧高效的鋰離子和聚合物鋰離子電池充電器。它可以為小型便攜式設(shè)備中常見(jiàn)的單電池系統(tǒng)供電和充電，采用Green TDFN-2×3-8BL封裝；設(shè)計(jì)工作環(huán)境溫度-40℃～+85℃，有+55℃和+115℃兩個(gè)熱調(diào)節(jié)節(jié)溫可選。內(nèi)部的開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器（Buck Converter）在電池充電時(shí)調(diào)節(jié)電源輸入、即便在電池缺失的情況下也能夠以最大輸出能力為系統(tǒng)供電。如果負(fù)載和輸入電壓接近，該轉(zhuǎn)換器以無(wú)開(kāi)關(guān)動(dòng)作直通工作。
主要特性：
● 恒流恒壓充電、支持預(yù)充和限時(shí)浮充；
● 4.2V～4.5V電池充電時(shí)最大充電電流2.3A；
● 1.34MHz開(kāi)關(guān)頻率；
● 充電電壓和電流利用電阻設(shè)置；
● 4.15V輸入電壓欠壓控制；
● 充滿后輸出電壓回退保持；
● 可選過(guò)熱溫度（SGM41524：+115℃；SGM41524C：+55℃）；
● 輸入電壓5V、電流1A時(shí)效率為94%；
● 工作溫度范圍-40℃～+85℃（選擇+115℃過(guò)熱溫度時(shí)）；
● 綠色環(huán)保TDFN-2×3-8BL封裝。
SGM41524是簡(jiǎn)便易用、功能完整的恒流恒壓型充電器，電壓電流均可使用電阻設(shè)置，有參考BAJ/JEITA安全擴(kuò)展充電白皮書(shū)的電池溫度充電控制。充電電流在0.3A～2.3A范圍內(nèi)可設(shè)、充電電壓在4.2V～4.5V范圍內(nèi)以50mV為間隔可設(shè)（上述設(shè)置也可在工作中變動(dòng)）。其典型應(yīng)用電路如下圖所示：
圖4 SGM41524典型應(yīng)用電路
SGM41524除內(nèi)部結(jié)溫監(jiān)測(cè)外同時(shí)利用NTC（β=3950K）對(duì)電池溫度偵測(cè)并根據(jù)電池溫度調(diào)整充放電以確保充放電過(guò)程安全、可控。當(dāng)偵測(cè)到電池溫度超出適宜范圍（10℃～45℃）時(shí)，充電電壓和電流會(huì)被降低；當(dāng)溫度過(guò)高（高于55℃）時(shí)停止充電；當(dāng)溫度過(guò)低（低于5℃）時(shí)，使用涓流電流充電、避免電池?fù)p傷。此外，SGM41524還支持負(fù)載電容預(yù)充和限時(shí)浮充，保證系統(tǒng)處于無(wú)電池、大負(fù)載、大電容時(shí)，均能有效啟動(dòng)和向負(fù)載充分供電。
SGM41524沒(méi)有采用電池開(kāi)關(guān)將電池與系統(tǒng)（負(fù)載）斷開(kāi)。當(dāng)電池充滿后，它進(jìn)入電壓回退保持模式，適當(dāng)降壓輸出電壓后，再以穩(wěn)壓電源模式為系統(tǒng)負(fù)載供電，保證電池安全同時(shí)可延長(zhǎng)使用壽命。在該模式下，其輸出電流不受充電電流設(shè)置限制，避免了在放電通路中由于電池開(kāi)關(guān)插入導(dǎo)致的損耗，大幅提高了電池能量利用率。但代價(jià)是當(dāng)電池欠壓（即電池保護(hù)器允許的最低電池放電電壓）時(shí)，負(fù)載系統(tǒng)的供電電壓受電池電壓牽制，可能需等待其升高后才能啟動(dòng)。
SGM41524的充電電壓和電流可利用電阻設(shè)置，即充電電流通過(guò)RCCSET（RCCSET=10000/ICC）的阻值進(jìn)行設(shè)置。在實(shí)際應(yīng)用中，電流設(shè)置引腳CC被拉到高于VINH電壓時(shí)可關(guān)閉設(shè)備；釋放拉高后設(shè)備恢復(fù)工作。同時(shí)，CV引腳的電壓用來(lái)選擇7個(gè)預(yù)設(shè)的充電電壓，其設(shè)計(jì)思路是芯片內(nèi)部產(chǎn)生50μA電流輸出，利用該電流可以在電阻上產(chǎn)生一個(gè)電壓值，然后再根據(jù)此電壓范圍來(lái)選擇一個(gè)預(yù)置的充電電壓。
SGM41524指示輸出（IND）通過(guò)4種輸出形式來(lái)指示不同的狀態(tài)：1）低（吸入電流，Sink Current）表示輸入電源可用但沒(méi)有在充電中；2）高（灌出電流，Source Current）表示設(shè)備正在充電；3）Hi-Z（高阻抗?fàn)顟B(tài)）表示沒(méi)有電源可用（當(dāng)VIN<VCHGm時(shí)）或它因CC引腳拉高被禁止充電；4）輸入電壓過(guò)高時(shí)交替出現(xiàn)閃爍。
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