SGM90116H：3 - 16 串聯(lián)高精度電池監(jiān)測與保護(hù)神器

在電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，一款性能卓越的電池監(jiān)測與保護(hù)芯片至關(guān)重要。今天，我們就來深入了解一下 SGM90116H 這款 3 - 16 串聯(lián)高精度電池監(jiān)測與保護(hù)芯片，看看它能為我們的設(shè)計(jì)帶來哪些驚喜。

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一、芯片概述

SGM90116H 是一款多通道模擬前端（AFE）IC，專為 3 至 16 串電池設(shè)計(jì)，適用于電動(dòng)輕型車輛（LEV）、不間斷電源（UPS）和電動(dòng)工具等應(yīng)用。它具有以下顯著特點(diǎn)：

1. 高精度監(jiān)測：配備兩個(gè)獨(dú)立的 16 位 ADC，可精確監(jiān)測電池組和單體電池的電壓、電流和溫度。
2. 豐富保護(hù)功能：具備過壓、欠壓、過流、欠流和過溫、欠溫等多種保護(hù)功能，確保電池安全。
3. 電池均衡支持：支持每節(jié)電池高達(dá) 50mA 的片上被動(dòng)均衡，可通過內(nèi)部或外部方式實(shí)現(xiàn)。
4. 低側(cè)驅(qū)動(dòng)集成：集成了充電/放電 FET 的低側(cè)驅(qū)動(dòng)，減少了物料清單（BOM）成本。
5. 可編程性：可通過片上 I2C 控制器進(jìn)行編程，方便用戶根據(jù)需求進(jìn)行配置。

二、關(guān)鍵參數(shù)與性能

（一）電氣特性

1. 供電電流：在不同工作模式下，供電電流有所不同。例如，正常模式下，VADC 關(guān)閉、IADC/CC 關(guān)閉時(shí)，流入 BAT 引腳的電流為 90 - 185μA；VADC 開啟、IADC/CC 開啟時(shí)，電流為 330 - 430μA。
2. 測量精度：
   • 電池電壓測量：典型精度為 ±2.5mV，在 -40℃ 至 +85℃ 溫度范圍內(nèi)，精度在 -20 至 20mV 之間。
   • 庫侖計(jì)數(shù)器：輸入偏移誤差為 ±2LSB（典型值），積分非線性為 ±15LSB。
3. 保護(hù)閾值：過流、短路、過壓、欠壓等保護(hù)閾值均可編程設(shè)置，以滿足不同應(yīng)用需求。

（二）典型性能特性

通過一系列圖表展示了芯片在不同溫度下的性能表現(xiàn)，如電池電壓測量誤差、電流測量誤差、內(nèi)部電壓參考、低頻振蕩器精度等。這些數(shù)據(jù)有助于工程師在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮溫度對(duì)芯片性能的影響。

三、功能模塊詳解

（一）測量子系統(tǒng)

1. 電壓測量：使用 16 位 ADC 測量電池電壓和溫度，覆蓋 0V 至 6.55V 的標(biāo)稱滿量程范圍，LSB 值為 100μV/LSB。
2. 熱敏電阻溫度測量：可測量多達(dá)三個(gè) NTC 103AT 熱敏電阻，通過內(nèi)部 10kΩ 上拉電阻和 1.8V 標(biāo)稱穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)。
3. 管芯溫度測量：管芯溫度模塊產(chǎn)生與管芯溫度成比例的電壓，可減少組件數(shù)量。
4. 堆疊電壓測量：通過 VC16 引腳測量堆疊電壓，可選擇直接測量或計(jì)算 16 個(gè)單體電池電壓之和。

（二）電池均衡

支持內(nèi)部和外部被動(dòng)電池均衡，主機(jī)控制器決定均衡算法。內(nèi)部電池均衡驅(qū)動(dòng)器每節(jié)電池可均衡高達(dá) 50mA 的電流。

（三）電流轉(zhuǎn)換

使用低側(cè)感測電阻監(jiān)測電池組電流，通過集成的 16 位 sigma - delta ADC 對(duì) SRP 和 SRN 引腳之間的差分電壓進(jìn)行數(shù)字化處理。支持 1mΩ 或更小的感測電阻，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)和積分電流的精確測量。

（四）保護(hù)子系統(tǒng)

集成了多種硬件保護(hù)功能，作為主機(jī)控制器固件中標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)功能的補(bǔ)充，包括過流放電（OCD1/2）、短路放電（SCD）、過流充電（OCC）、電池過壓（COV）、電池欠壓（CUV）、過溫充電（OTC）、欠溫充電（UTC）、過溫放電（OTD）、欠溫放電（UTD）、管芯過溫（OTINT）和管芯欠溫（UTINT）等保護(hù)。

（五）控制子系統(tǒng)

1. FET 驅(qū)動(dòng)：提供 CHG 和 DSG 兩個(gè)低側(cè) FET 驅(qū)動(dòng)器，控制 NCH 功率 FET 或作為信號(hào)啟用其他電路。
2. 負(fù)載檢測：當(dāng) CHG_ON 位禁用時(shí)，CHG 引腳的負(fù)載檢測電路激活，可檢測外部負(fù)載的連接情況。
3. 警報(bào)：ALERT 引腳作為高電平有效數(shù)字中斷信號(hào)，連接到主機(jī)微控制器的 GPIO 端口?？赏ㄟ^清除 SYS_STAT 寄存器中的相應(yīng)位來清除警報(bào)信號(hào)。
4. 輸出 LDO：提供可調(diào)輸出電壓穩(wěn)壓器 LDO，支持 1.8V、2.5V、3.0V、3.3V 和 5.0V 選項(xiàng)，為主機(jī)微控制器或 LED 等組件供電。
5. FUSE：采用保險(xiǎn)絲熔斷邏輯，可通過 FUSE_BT 寄存器配置熔斷時(shí)間，通過 REG_CFG 寄存器中的 FUSE_SET 位啟用。

（六）通信子系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的 100kHz I2C 接口，作為從設(shè)備工作。支持塊讀寫操作，并可計(jì)算 CRC 校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

四、工作模式

（一）正常模式

所有模塊啟用，設(shè)備消耗最高電流。可根據(jù)需要禁用某些模塊/功能以節(jié)省功率，如 VADC、IADC 和 CC。OV 和 UV 保護(hù)只要 ADC 啟用就會(huì)持續(xù)運(yùn)行，OCD 和 SCD 比較器在該模式下不能禁用。

（二）運(yùn)輸模式

這是芯片支持的基本和最低功耗模式，在初始電池組組裝和每次上電復(fù)位（POR）事件后自動(dòng)進(jìn)入。主機(jī)控制器可通過特定的 I2C 命令序列從正常模式進(jìn)入運(yùn)輸模式。要從運(yùn)輸模式喚醒到正常模式，需將 WAKE 引腳拉高至 (V_{BOOT}) 以上。

五、典型應(yīng)用與寄存器配置

（一）典型應(yīng)用電路

提供了典型應(yīng)用電路圖，展示了芯片與電池組、負(fù)載、主機(jī)控制器等的連接方式，為工程師的設(shè)計(jì)提供了參考。

（二）寄存器描述

詳細(xì)介紹了芯片的各個(gè)寄存器，包括寄存器地址、位定義、復(fù)位值和功能描述。這些寄存器用于配置芯片的各種功能，如電池均衡、保護(hù)閾值、工作模式等。

六、總結(jié)與思考

SGM90116H 芯片以其高精度的測量、豐富的保護(hù)功能和靈活的可編程性，為電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求合理配置芯片的寄存器，確保電池的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，我們也可以思考如何進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高芯片的性能和可靠性，以滿足不斷發(fā)展的電池應(yīng)用需求。

你在使用 SGM90116H 芯片的過程中遇到過哪些問題？你對(duì)它的性能和功能有什么看法？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。