【導讀】國際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布全球季度可穿戴設備市場的最新數(shù)據(jù)顯示，2019年第三季度全球可穿戴設備的總發(fā)貨量為8450萬臺，同比上漲94.6%，創(chuàng)下單季度發(fā)貨量新高。其中蘋果仍然是全球最大的可穿戴設備供應商，第三季度里增長了近兩倍，達2950萬部，以35%的市場份額占據(jù)第一，高于去年第三季度1000萬部的出貨量數(shù)據(jù)。
海量可穿戴設備（包括智能手表（200mAh～500mAh）、AR/VR設備（1000mAh～2600mAh）、真無線立體聲耳機及其充電盒（300mAh～1000mAh），以及頭戴式耳機（300mAh～600mAh）等典型產(chǎn)品）的集中上市，對小型電池在充放電時間、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，一些設計簡單、成本較低的小型電池與低充電電流應用，比如可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備等都首選線性充電器（Linear Charger）；智能手機、平板電腦和筆記本電腦等高功率和多單元電池應用則更愿意使用開關充電器（Switching Charger）。目前這種觀念正在發(fā)生變化，開關型充電器正在加速其邁向小容量電池應用的步伐。
線性充電器和開關充電器的最大區(qū)別在于效率差異。線性充電器體積小、易于使用、成本低廉，也沒有電流切換動作，適用于噪聲敏感的應用；但當充電電流較大時，功耗會很高；而開關充電器則以高效率為特點。開關型充電器，在增加電池充電電流倍率的同時，減少了充電時間和產(chǎn)生的熱量，降低了裝置外殼表面溫度。
圖1 SGM41524在5V輸入時優(yōu)秀的充電效率曲線
我們以500mAh和1000mAh電池為例進行對比。
圖2可見，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開關型充電器充電，充電時間分別約為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間和功率損耗
圖3可見，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。對比0.5C的線性充電器和1C、2C、2.5C的SGM41524開關型充電器。相比之下，四種模式下的充電時間分別為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間和功率損耗
可見，即便用于容量不大的單電池系統(tǒng)，開關型充電器也有顯著優(yōu)勢。
因此，對于常見電池容量在500mAh～6000mAh范圍內(nèi)的充電應用，以下6個方面正成為競爭著力點：
● 用戶體驗：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；
● 待機功耗：提升系統(tǒng)待機時間和儲運保鮮時間；
● 集成度：提高集成度、減小方案尺寸、提高單位體積的供應能力。
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備中常見的單電池系統(tǒng)供電和充電，采用Green TDFN-2×3-8BL封裝；設計工作環(huán)境溫度-40℃～+85℃，有+55℃和+115℃兩個熱調(diào)節(jié)節(jié)溫可選。內(nèi)部的開關降壓轉(zhuǎn)換器（Buck Converter）在電池充電時調(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。如果負載和輸入電壓接近，該轉(zhuǎn)換器以無開關動作直通工作。
主要特性：
● 恒流恒壓充電、支持預充和限時浮充；
● 4.2V～4.5V電池充電時最大充電電流2.3A；
● 1.34MHz開關頻率；
● 充電電壓和電流利用電阻設置；
● 4.15V輸入電壓欠壓控制；
● 充滿后輸出電壓回退保持；
● 可選過熱溫度（SGM41524：+115℃；SGM41524C：+55℃）；
● 輸入電壓5V、電流1A時效率為94%；
● 工作溫度范圍-40℃～+85℃（選擇+115℃過熱溫度時）；
● 綠色環(huán)保TDFN-2×3-8BL封裝。
SGM41524是簡便易用、功能完整的恒流恒壓型充電器，電壓電流均可使用電阻設置，有參考BAJ/JEITA安全擴展充電白皮書的電池溫度充電控制。充電電流在0.3A～2.3A范圍內(nèi)可設、充電電壓在4.2V～4.5V范圍內(nèi)以50mV為間隔可設（上述設置也可在工作中變動）。其典型應用電路如下圖所示：
圖4 SGM41524典型應用電路
SGM41524除內(nèi)部結溫監(jiān)測外同時利用NTC（β=3950K）對電池溫度偵測并根據(jù)電池溫度調(diào)整充放電以確保充放電過程安全、可控。當偵測到電池溫度超出適宜范圍（10℃～45℃）時，充電電壓和電流會被降低；當溫度過高（高于55℃）時停止充電；當溫度過低（低于5℃）時，使用涓流電流充電、避免電池損傷。此外，SGM41524還支持負載電容預充和限時浮充，保證系統(tǒng)處于無電池、大負載、大電容時，均能有效啟動和向負載充分供電。
SGM41524沒有采用電池開關將電池與系統(tǒng)（負載）斷開。當電池充滿后，它進入電壓回退保持模式，適當降壓輸出電壓后，再以穩(wěn)壓電源模式為系統(tǒng)負載供電，保證電池安全同時可延長使用壽命。在該模式下，其輸出電流不受充電電流設置限制，避免了在放電通路中由于電池開關插入導致的損耗，大幅提高了電池能量利用率。但代價是當電池欠壓（即電池保護器允許的最低電池放電電壓）時，負載系統(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。
SGM41524的充電電壓和電流可利用電阻設置，即充電電流通過RCCSET（RCCSET=10000/ICC）的阻值進行設置。在實際應用中，電流設置引腳CC被拉到高于VINH電壓時可關閉設備；釋放拉高后設備恢復工作。同時，CV引腳的電壓用來選擇7個預設的充電電壓，其設計思路是芯片內(nèi)部產(chǎn)生50μA電流輸出，利用該電流可以在電阻上產(chǎn)生一個電壓值，然后再根據(jù)此電壓范圍來選擇一個預置的充電電壓。
SGM41524指示輸出（IND）通過4種輸出形式來指示不同的狀態(tài)：1）低（吸入電流，Sink Current）表示輸入電源可用但沒有在充電中；2）高（灌出電流，Source Current）表示設備正在充電；3）Hi-Z（高阻抗狀態(tài)）表示沒有電源可用（當VIN<VCHGm時）或它因CC引腳拉高被禁止充電；4）輸入電壓過高時交替出現(xiàn)閃爍。
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