国际数据公司（IDC）发布全球季度可穿戴设备市场的最新数据显示，2019年第三季度全球可穿戴设备的总发货量为8450万台，同比上涨94.6%，创下单季度发货量新高。其中苹果仍然是全球最大的可穿戴设备供应商，第三季度里增长了近两倍，达2950万部，以35%的市场份额占据第一，高于去年第三季度1000万部的出货量数据。

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海量可穿戴设备（包括智能手表（200mAh～500mAh）、AR/VR设备（1000mAh～2600mAh）、真无线立体声耳机及其充电盒（300mAh～1000mAh），以及头戴式耳机（300mAh～600mAh）等典型产品）的集中上市，对小型电池在充放电时间、效率、安全方面都提出了更为苛刻的要求和挑战。

用大电流SGM41524取代线性充电器

在人们的印象中，一些设计简单、成本较低的小型电池与低充电电流应用，比如可穿戴设备、物联网（IoT）设备等都首选线性充电器（Linear Charger）；智能手机、平板电脑和笔记本电脑等高功率和多单元电池应用则更愿意使用开关充电器（Switching Charger）。目前这种观念正在发生变化，开关型充电器正在加速其迈向小容量电池应用的步伐。

线性充电器和开关充电器的最大区别在于效率差异。线性充电器体积小、易于使用、成本低廉，也没有电流切换动作，适用于噪声敏感的应用；但当充电电流较大时，功耗会很高；而开关充电器则以高效率为特点。开关型充电器，在增加电池充电电流倍率的同时，减少了充电时间和产生的热量，降低了装置外壳表面温度。  

图1 SGM41524在5V输入时优秀的充电效率曲线

我们以500mAh和1000mAh电池为例进行对比。

图2可见，500mAh电池分别采用0.5C、1C比容量电流的线性充电器和2C、3C比容量电流的SGM41524开关型充电器充电，充电时间分别约为120分钟、60分钟、30分钟和20分钟，平均功率损耗分别为0.3瓦、0.6瓦、0.33瓦和0.5瓦。

图2 500mAh电池采用不同充电器的充电时间和功率损耗

图3可见，如果换成1000mAh电池，线性充电器则至多只能以0.5C比容量电流充电了。对比0.5C的线性充电器和1C、2C、2.5C的SGM41524开关型充电器。相比之下，四种模式下的充电时间分别为120分钟、60分钟、30分钟和24分钟，功率损耗分别为0.6瓦、0.33瓦、0.66瓦和0.83瓦。

图3 1000mAh电池采用不同充电器的充电时间和功率损耗

可见，即便用于容量不大的单电池系统，开关型充电器也有显著优势。  

因此，对于常见电池容量在500mAh～6000mAh范围内的充电应用，以下6个方面正成为竞争着力点：

• 用户体验：高效充电提高可用率、降低热感；

• 充电电流：同样输入电源取得更高充电电流，缩短充电时间；

• 充电安全：包括电压电流限制、片芯和电池温度监视和高、低温充电限制、兼顾BAJ/JEITA安全指南建议（最新研究表明电池适合在更高温度范围工作）和接触浪涌钳位；

• 电能利用率：提高电池容量的利用率和外部电源输入的利用率；

• 待机功耗：提升系统待机时间和储运保鲜时间；

• 集成度：提高集成度、减小方案尺寸、提高单位体积的供应能力。

与众不同的SGM41524

SGM41524是圣邦微电子最新推出的一款小巧高效的锂离子和聚合物锂离子电池充电器。它可以为小型便携式设备中常见的单电池系统供电和充电，采用Green TDFN-2×3-8BL封装；设计工作环境温度-40℃～+85℃，有+55℃和+115℃两个热调节节温可选。内部的开关降压转换器（Buck Converter）在电池充电时调节电源输入、即便在电池缺失的情况下也能够以最大输出能力为系统供电。如果负载和输入电压接近，该转换器以无开关动作直通工作。

主要特性： 

• 恒流恒压充电、支持预充和限时浮充；

• 4.2V～4.5V电池充电时最大充电电流2.3A；

• 1.34MHz开关频率；

• 充电电压和电流利用电阻设置；

• 4.15V输入电压欠压控制；

• 充满后输出电压回退保持；

• 可选过热温度（SGM41524：+115℃；SGM41524C：+55℃）；

• 输入电压5V、电流1A时效率为94%；

• 工作温度范围-40℃～+85℃（选择+115℃过热温度时）；

• 绿色环保TDFN-2×3-8BL封装。

SGM41524是简便易用、功能完整的恒流恒压型充电器，电压电流均可使用电阻设置，有参考BAJ/JEITA安全扩展充电白皮书的电池温度充电控制。充电电流在0.3A～2.3A范围内可设、充电电压在4.2V～4.5V范围内以50mV为间隔可设（上述设置也可在工作中变动）。其典型应用电路如下图所示：

图4 SGM41524典型应用电路

SGM41524除内部结温监测外同时利用NTC（β=3950K）对电池温度侦测并根据电池温度调整充放电以确保充放电过程安全、可控。当侦测到电池温度超出适宜范围（10℃～45℃）时，充电电压和电流会被降低；当温度过高（高于55℃）时停止充电；当温度过低（低于5℃）时，使用涓流电流充电、避免电池损伤。此外，SGM41524还支持负载电容预充和限时浮充，保证系统处于无电池、大负载、大电容时，均能有效启动和向负载充分供电。

SGM41524没有采用电池开关将电池与系统（负载）断开。当电池充满后，它进入电压回退保持模式，适当降压输出电压后，再以稳压电源模式为系统负载供电，保证电池安全同时可延长使用寿命。在该模式下，其输出电流不受充电电流设置限制，避免了在放电通路中由于电池开关插入导致的损耗，大幅提高了电池能量利用率。但代价是当电池欠压（即电池保护器允许的最低电池放电电压）时，负载系统的供电电压受电池电压牵制，可能需等待其升高后才能启动。

SGM41524的充电电压和电流可利用电阻设置，即充电电流通过R_CCSET（R_CCSET=10000/I_CC）的阻值进行设置。在实际应用中，电流设置引脚CC被拉到高于VINH电压时可关闭设备；释放拉高后设备恢复工作。同时，CV引脚的电压用来选择7个预设的充电电压，其设计思路是芯片内部产生50μA电流输出，利用该电流可以在电阻上产生一个电压值，然后再根据此电压范围来选择一个预置的充电电压。

SGM41524指示输出（IND）通过4种输出形式来指示不同的状态：1）低（吸入电流，Sink Current）表示输入电源可用但没有在充电中；2）高（灌出电流，Source Current）表示设备正在充电；3）Hi-Z（高阻抗状态）表示没有电源可用（当V_IN<V_CHGm时）或它因CC引脚拉高被禁止充电；4）输入电压过高时交替出现闪烁。

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