SGM90116H：3 - 16 串联高精度电池监测与保护神器

在电池管理系统的设计中，一款性能卓越的电池监测与保护芯片至关重要。今天，我们就来深入了解一下 SGM90116H 这款 3 - 16 串联高精度电池监测与保护芯片，看看它能为我们的设计带来哪些惊喜。

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一、芯片概述

SGM90116H 是一款多通道模拟前端（AFE）IC，专为 3 至 16 串电池设计，适用于电动轻型车辆（LEV）、不间断电源（UPS）和电动工具等应用。它具有以下显著特点：

1. 高精度监测：配备两个独立的 16 位 ADC，可精确监测电池组和单体电池的电压、电流和温度。
2. 丰富保护功能：具备过压、欠压、过流、欠流和过温、欠温等多种保护功能，确保电池安全。
3. 电池均衡支持：支持每节电池高达 50mA 的片上被动均衡，可通过内部或外部方式实现。
4. 低侧驱动集成：集成了充电/放电 FET 的低侧驱动，减少了物料清单（BOM）成本。
5. 可编程性：可通过片上 I2C 控制器进行编程，方便用户根据需求进行配置。

二、关键参数与性能

（一）电气特性

1. 供电电流：在不同工作模式下，供电电流有所不同。例如，正常模式下，VADC 关闭、IADC/CC 关闭时，流入 BAT 引脚的电流为 90 - 185µA；VADC 开启、IADC/CC 开启时，电流为 330 - 430µA。
2. 测量精度：
   • 电池电压测量：典型精度为 ±2.5mV，在 -40℃ 至 +85℃ 温度范围内，精度在 -20 至 20mV 之间。
   • 库仑计数器：输入偏移误差为 ±2LSB（典型值），积分非线性为 ±15LSB。
3. 保护阈值：过流、短路、过压、欠压等保护阈值均可编程设置，以满足不同应用需求。

（二）典型性能特性

通过一系列图表展示了芯片在不同温度下的性能表现，如电池电压测量误差、电流测量误差、内部电压参考、低频振荡器精度等。这些数据有助于工程师在设计时充分考虑温度对芯片性能的影响。

三、功能模块详解

（一）测量子系统

1. 电压测量：使用 16 位 ADC 测量电池电压和温度，覆盖 0V 至 6.55V 的标称满量程范围，LSB 值为 100μV/LSB。
2. 热敏电阻温度测量：可测量多达三个 NTC 103AT 热敏电阻，通过内部 10kΩ 上拉电阻和 1.8V 标称稳压器实现。
3. 管芯温度测量：管芯温度模块产生与管芯温度成比例的电压，可减少组件数量。
4. 堆叠电压测量：通过 VC16 引脚测量堆叠电压，可选择直接测量或计算 16 个单体电池电压之和。

（二）电池均衡

支持内部和外部被动电池均衡，主机控制器决定均衡算法。内部电池均衡驱动器每节电池可均衡高达 50mA 的电流。

（三）电流转换

使用低侧感测电阻监测电池组电流，通过集成的 16 位 sigma - delta ADC 对 SRP 和 SRN 引脚之间的差分电压进行数字化处理。支持 1mΩ 或更小的感测电阻，可实现瞬时和积分电流的精确测量。

（四）保护子系统

集成了多种硬件保护功能，作为主机控制器固件中标准保护功能的补充，包括过流放电（OCD1/2）、短路放电（SCD）、过流充电（OCC）、电池过压（COV）、电池欠压（CUV）、过温充电（OTC）、欠温充电（UTC）、过温放电（OTD）、欠温放电（UTD）、管芯过温（OTINT）和管芯欠温（UTINT）等保护。

（五）控制子系统

1. FET 驱动：提供 CHG 和 DSG 两个低侧 FET 驱动器，控制 NCH 功率 FET 或作为信号启用其他电路。
2. 负载检测：当 CHG_ON 位禁用时，CHG 引脚的负载检测电路激活，可检测外部负载的连接情况。
3. 警报：ALERT 引脚作为高电平有效数字中断信号，连接到主机微控制器的 GPIO 端口。可通过清除 SYS_STAT 寄存器中的相应位来清除警报信号。
4. 输出 LDO：提供可调输出电压稳压器 LDO，支持 1.8V、2.5V、3.0V、3.3V 和 5.0V 选项，为主机微控制器或 LED 等组件供电。
5. FUSE：采用保险丝熔断逻辑，可通过 FUSE_BT 寄存器配置熔断时间，通过 REG_CFG 寄存器中的 FUSE_SET 位启用。

（六）通信子系统

实现标准的 100kHz I2C 接口，作为从设备工作。支持块读写操作，并可计算 CRC 校验，确保数据传输的准确性。

四、工作模式

（一）正常模式

所有模块启用，设备消耗最高电流。可根据需要禁用某些模块/功能以节省功率，如 VADC、IADC 和 CC。OV 和 UV 保护只要 ADC 启用就会持续运行，OCD 和 SCD 比较器在该模式下不能禁用。

（二）运输模式

这是芯片支持的基本和最低功耗模式，在初始电池组组装和每次上电复位（POR）事件后自动进入。主机控制器可通过特定的 I2C 命令序列从正常模式进入运输模式。要从运输模式唤醒到正常模式，需将 WAKE 引脚拉高至 (V_{BOOT}) 以上。

五、典型应用与寄存器配置

（一）典型应用电路

提供了典型应用电路图，展示了芯片与电池组、负载、主机控制器等的连接方式，为工程师的设计提供了参考。

（二）寄存器描述

详细介绍了芯片的各个寄存器，包括寄存器地址、位定义、复位值和功能描述。这些寄存器用于配置芯片的各种功能，如电池均衡、保护阈值、工作模式等。

六、总结与思考

SGM90116H 芯片以其高精度的测量、丰富的保护功能和灵活的可编程性，为电池管理系统的设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理配置芯片的寄存器，确保电池的安全和稳定运行。同时，我们也可以思考如何进一步优化电路设计，提高芯片的性能和可靠性，以满足不断发展的电池应用需求。

你在使用 SGM90116H 芯片的过程中遇到过哪些问题？你对它的性能和功能有什么看法？欢迎在评论区分享你的经验和见解。