SGM41050：2至5串鋰電池的高效過(guò)壓保護(hù)方案
SGM41050：2至5串鋰電池的高效過(guò)壓保護(hù)方案
在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，鋰電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而鋰電池的安全問(wèn)題一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。過(guò)壓保護(hù)是保障鋰電池安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。今天，我們就來(lái)詳細(xì)介紹一款來(lái)自SGMICRO的過(guò)壓保護(hù)芯片——SGM41050。
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一、產(chǎn)品概述
SGM41050系列芯片專為2至5串鋰離子電池組系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池組中各單體電池的電壓，一旦檢測(cè)到過(guò)壓事件，將及時(shí)提供過(guò)壓保護(hù)。當(dāng)檢測(cè)到任何一個(gè)電池的電壓超過(guò)設(shè)定的過(guò)壓閾值時(shí)，芯片內(nèi)部的延遲定時(shí)器將啟動(dòng)。定時(shí)器到期后，芯片的輸出將被觸發(fā)進(jìn)入激活狀態(tài)。輸出拓?fù)溆蠳溝道開漏（低電平有效）或CMOS（高電平有效）兩種可選，以滿足不同的應(yīng)用需求。該芯片采用綠色TDFN - 3×4 - 8L和MSOP - 8封裝，具有低功耗的特點(diǎn)，運(yùn)行功耗僅為700nA。
二、應(yīng)用領(lǐng)域
SGM41050的應(yīng)用場(chǎng)景十分廣泛，涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域，包括但不限于以下幾類：
- 筆記本電腦：為筆記本電腦的鋰電池提供可靠的過(guò)壓保護(hù)，確保電池和設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
- 無(wú)線吸塵器：在無(wú)線吸塵器的鋰電池系統(tǒng)中，防止電池過(guò)壓，延長(zhǎng)電池使用壽命。
- 手持電動(dòng)工具：保障手持電動(dòng)工具鋰電池的安全，避免因過(guò)壓導(dǎo)致的設(shè)備損壞和安全隱患。
- 手持園藝工具：為手持園藝工具的鋰電池提供過(guò)壓保護(hù)，提高工具的可靠性和安全性。
- 輕型電動(dòng)車：在輕型電動(dòng)車的電池管理系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，保護(hù)電池免受過(guò)壓損害。
- UPS電池備用系統(tǒng)：確保UPS電池在充電和使用過(guò)程中的安全，防止過(guò)壓情況的發(fā)生。
三、產(chǎn)品特性
- 多串電池過(guò)壓保護(hù)：支持2至5串電池的過(guò)壓保護(hù)，滿足不同電池組的需求。
- 可選過(guò)壓閾值：過(guò)壓保護(hù)閾值可在3.85V至4.6V之間選擇，靈活性高。
- 高精度過(guò)壓檢測(cè)：過(guò)壓檢測(cè)精度可達(dá)±20mV，確保準(zhǔn)確檢測(cè)過(guò)壓事件。
- 可選過(guò)壓遲滯：提供多種過(guò)壓遲滯選項(xiàng)，包括一次性鎖存選項(xiàng)以及50mV、100mV、200mV、250mV、300mV、400mV、500mV等，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行選擇。
- 可選輸出拓?fù)?/strong>：輸出拓?fù)溆蠳溝道開漏（低電平有效）和CMOS（高電平有效）兩種可選，方便與不同的電路進(jìn)行匹配。
- 可選輸出延遲定時(shí)器：輸出延遲定時(shí)器有1s、3s、4s、5.5s可選，可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整過(guò)壓保護(hù)的響應(yīng)時(shí)間。
- 低功耗運(yùn)行：運(yùn)行功耗僅為700nA，有助于延長(zhǎng)電池的使用壽命。
- 內(nèi)部延遲定時(shí)器：內(nèi)置延遲定時(shí)器，確保過(guò)壓保護(hù)的可靠性。
- 客戶測(cè)試模式：具有客戶測(cè)試模式（CTM），可大大縮短過(guò)壓延遲時(shí)間的測(cè)試時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
四、產(chǎn)品選型與訂購(gòu)信息
| SGM41050有多種型號(hào)可供選擇，不同型號(hào)在過(guò)壓閾值、過(guò)壓遲滯、輸出延遲定時(shí)器和輸出形式等方面有所差異。以下是部分型號(hào)的對(duì)比： | Model | OVP Threshold (V) | OVP Hysteresis (mV) | Output Delay Timer (s) | Output Forms |
|---|---|---|---|---|---|
| SGM41050 - 00 | 4.300 | 300 | 4 | CMOS, Active - High | |
| SGM41050 - 01 | 4.275 | 50 | 3 | N - Channel Open - Drain, Active - Low | |
| SGM41050 - 02 | 4.225 | 300 | 1 | N - Channel Open - Drain, Active - Low | |
| ... | ... | ... | ... | ... |
訂購(gòu)時(shí)，需要注意不同型號(hào)對(duì)應(yīng)的封裝、溫度范圍、訂購(gòu)編號(hào)、封裝標(biāo)記和包裝選項(xiàng)等信息。該芯片提供TDFN - 3×4 - 8L和MSOP - 8兩種封裝，工作溫度范圍為 - 40℃至 + 110℃，包裝選項(xiàng)為卷帶包裝，每卷4000個(gè)。
五、引腳配置與描述
引腳配置
| SGM41050的引腳配置根據(jù)封裝不同有所差異，但主要引腳功能基本一致。以TDFN - 3×4 - 8L封裝為例，引腳分布如下： | 引腳編號(hào) | 引腳名稱 | 類型 | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | VDD | P | 電源引腳 | |
| 2 | V5 | I | 用于檢測(cè)電池組中從底部數(shù)第5個(gè)電池的電壓 | |
| 3 | V4 | I | 用于檢測(cè)電池組中從底部數(shù)第4個(gè)電池的電壓 | |
| 4 | V3 | I | 用于檢測(cè)電池組中從底部數(shù)第3個(gè)電池的電壓 | |
| 5 | V2 | I | 用于檢測(cè)電池組中從底部數(shù)第2個(gè)電池的電壓 | |
| 6 | V1 | I | 用于檢測(cè)電池組中從底部數(shù)第1個(gè)電池的電壓 | |
| 7 | VSS | P | 連接到IC地和底部電池的負(fù)極 | |
| 8 | OUT | O | 過(guò)壓故障信號(hào)輸出引腳 | |
| 外露焊盤 | EP | - | 外露焊盤必須焊接到PCB上，以獲得最佳的熱性能（僅TDFN - 3×4 - 8L封裝） |
引腳類型說(shuō)明
- I：輸入引腳
- O：輸出引腳
- P：電源引腳
六、電氣特性與時(shí)序要求
電氣特性
在 (V{VDD}=18V) ， (T{A}=-40^{circ}C) 至 + 110℃（典型值在 (T_{A}=+25^{circ}C) 下測(cè)量）的條件下，SGM41050的電氣特性包括過(guò)壓檢測(cè)閾值、過(guò)壓檢測(cè)遲滯、過(guò)壓檢測(cè)精度、電源和泄漏電流、輸出驅(qū)動(dòng)電壓、輸出源電流和灌電流等參數(shù)。例如，不同型號(hào)的過(guò)壓檢測(cè)閾值在3.85V至4.6V之間，過(guò)壓檢測(cè)遲滯有多種可選值，電源電流典型值為0.7μA至1.5μA等。
時(shí)序要求
過(guò)壓延遲時(shí)間根據(jù)不同型號(hào)有所不同，例如SGM41050 - 00/24的過(guò)壓延遲時(shí)間為2.5至5.5s，SGM41050 - 01/05/06/07等型號(hào)的過(guò)壓延遲時(shí)間為2.0至4s，SGM41050 - 02/03/04等型號(hào)的過(guò)壓延遲時(shí)間為0.5至1.5s。客戶測(cè)試模式下的過(guò)壓檢測(cè)延遲時(shí)間典型值為15ms。
七、典型應(yīng)用電路與推薦BOM
典型應(yīng)用電路
SGM41050提供了2至5串電池的CMOS高電平有效輸出的典型應(yīng)用電路，電路中包括電池組、SC保護(hù)器、電阻、電容等元件。通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的過(guò)壓保護(hù)。
推薦BOM
| 為了確保SGM41050的正常工作，推薦使用以下元件： | 元件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|
| RVDD | 100 | 1000 | - | Ω | |
| R1, R2, R3, R4, R5 | 900 | 1000 | 1100 | Ω | |
| CVDD | 0.1 | - | - | μF | |
| C1, C2, C3, C4, C5 | 0.01 | 0.1 | - | μF | |
| RPD（CMOS高電平有效選項(xiàng)，外部下拉電阻） | 100 | - | - | kΩ | |
| RPU（N溝道開漏低電平有效選項(xiàng)，外部上拉電阻） | 100 | - | - | kΩ |
八、詳細(xì)工作原理
正常工作狀態(tài)
SGM41050獨(dú)立監(jiān)測(cè)每個(gè)電池的電壓，當(dāng)所有監(jiān)測(cè)到的電壓都低于過(guò)壓閾值 (V_{OV}) 時(shí)，芯片處于正常工作狀態(tài)。
過(guò)壓保護(hù)觸發(fā)
一旦任何一個(gè)電池的電壓超過(guò)閾值 (V{OV}) ，內(nèi)部延遲定時(shí)器啟動(dòng)。如果在定時(shí)器到期之前，電池電壓沒(méi)有下降到 (V{OV}-V_{HYS}) 以下，OUT引腳將被激活。具體的過(guò)壓檢測(cè)時(shí)序可參考相關(guān)的時(shí)序圖。
輸出選項(xiàng)
SGM41050的OUT引腳有兩種輸出拓?fù)淇蛇x：
- CMOS（高電平有效）輸出：激活時(shí)OUT引腳拉高，未激活時(shí)拉低。
- N溝道開漏（低電平有效）輸出：激活時(shí)OUT引腳拉低，未激活時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。
客戶測(cè)試模式
SGM41050具有客戶測(cè)試模式（CTM），可大大縮短過(guò)壓延遲時(shí)間的測(cè)試時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。進(jìn)入CTM時(shí)，需要將 (V{VDD}-V{5}) 設(shè)置為至少10V。在CTM模式下，過(guò)壓檢測(cè)延遲定時(shí)器的時(shí)間典型值為15ms。退出CTM時(shí)，需要降低 (V{VDD}-V{5}) 的電壓。
九、總結(jié)
SGM41050是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的鋰電池過(guò)壓保護(hù)芯片，具有多種可選特性和靈活的配置選項(xiàng)，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。在設(shè)計(jì)鋰電池系統(tǒng)時(shí)，工程師可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的型號(hào)和配置，確保電池的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，在使用過(guò)程中，需要注意芯片的絕對(duì)最大額定值、推薦工作條件以及ESD保護(hù)等問(wèn)題，以避免對(duì)芯片造成損壞。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)鋰電池過(guò)壓保護(hù)的問(wèn)題呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。
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