SGM41050：2至5串锂电池的高效过压保护方案

在电子设备的设计中，锂电池的应用越来越广泛，而锂电池的安全问题一直是工程师们关注的重点。过压保护是保障锂电池安全的关键环节之一。今天，我们就来详细介绍一款来自SGMICRO的过压保护芯片——SGM41050。

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一、产品概述

SGM41050系列芯片专为2至5串锂离子电池组系统设计，能够实时监测电池组中各单体电池的电压，一旦检测到过压事件，将及时提供过压保护。当检测到任何一个电池的电压超过设定的过压阈值时，芯片内部的延迟定时器将启动。定时器到期后，芯片的输出将被触发进入激活状态。输出拓扑有N沟道开漏（低电平有效）或CMOS（高电平有效）两种可选，以满足不同的应用需求。该芯片采用绿色TDFN - 3×4 - 8L和MSOP - 8封装，具有低功耗的特点，运行功耗仅为700nA。

二、应用领域

SGM41050的应用场景十分广泛，涵盖了多个领域，包括但不限于以下几类：

1. 笔记本电脑：为笔记本电脑的锂电池提供可靠的过压保护，确保电池和设备的安全稳定运行。
2. 无线吸尘器：在无线吸尘器的锂电池系统中，防止电池过压，延长电池使用寿命。
3. 手持电动工具：保障手持电动工具锂电池的安全，避免因过压导致的设备损坏和安全隐患。
4. 手持园艺工具：为手持园艺工具的锂电池提供过压保护，提高工具的可靠性和安全性。
5. 轻型电动车：在轻型电动车的电池管理系统中发挥重要作用，保护电池免受过压损害。
6. UPS电池备用系统：确保UPS电池在充电和使用过程中的安全，防止过压情况的发生。

三、产品特性

1. 多串电池过压保护：支持2至5串电池的过压保护，满足不同电池组的需求。
2. 可选过压阈值：过压保护阈值可在3.85V至4.6V之间选择，灵活性高。
3. 高精度过压检测：过压检测精度可达±20mV，确保准确检测过压事件。
4. 可选过压迟滞：提供多种过压迟滞选项，包括一次性锁存选项以及50mV、100mV、200mV、250mV、300mV、400mV、500mV等，可根据实际应用进行选择。
5. 可选输出拓扑：输出拓扑有N沟道开漏（低电平有效）和CMOS（高电平有效）两种可选，方便与不同的电路进行匹配。
6. 可选输出延迟定时器：输出延迟定时器有1s、3s、4s、5.5s可选，可根据实际需求调整过压保护的响应时间。
7. 低功耗运行：运行功耗仅为700nA，有助于延长电池的使用寿命。
8. 内部延迟定时器：内置延迟定时器，确保过压保护的可靠性。
9. 客户测试模式：具有客户测试模式（CTM），可大大缩短过压延迟时间的测试时间，提高生产效率。

四、产品选型与订购信息

SGM41050有多种型号可供选择，不同型号在过压阈值、过压迟滞、输出延迟定时器和输出形式等方面有所差异。以下是部分型号的对比：	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
...	...	...	...	...

订购时，需要注意不同型号对应的封装、温度范围、订购编号、封装标记和包装选项等信息。该芯片提供TDFN - 3×4 - 8L和MSOP - 8两种封装，工作温度范围为 - 40℃至 + 110℃，包装选项为卷带包装，每卷4000个。

五、引脚配置与描述

引脚配置

SGM41050的引脚配置根据封装不同有所差异，但主要引脚功能基本一致。以TDFN - 3×4 - 8L封装为例，引脚分布如下：	引脚编号	引脚名称	类型	描述
1	VDD	P	电源引脚
2	V5	I	用于检测电池组中从底部数第5个电池的电压
3	V4	I	用于检测电池组中从底部数第4个电池的电压
4	V3	I	用于检测电池组中从底部数第3个电池的电压
5	V2	I	用于检测电池组中从底部数第2个电池的电压
6	V1	I	用于检测电池组中从底部数第1个电池的电压
7	VSS	P	连接到IC地和底部电池的负极
8	OUT	O	过压故障信号输出引脚
外露焊盘	EP	-	外露焊盘必须焊接到PCB上，以获得最佳的热性能（仅TDFN - 3×4 - 8L封装）

引脚类型说明

• I：输入引脚
• O：输出引脚
• P：电源引脚

六、电气特性与时序要求

电气特性

在 (V{VDD}=18V) ， (T{A}=-40^{circ}C) 至 + 110℃（典型值在 (T_{A}=+25^{circ}C) 下测量）的条件下，SGM41050的电气特性包括过压检测阈值、过压检测迟滞、过压检测精度、电源和泄漏电流、输出驱动电压、输出源电流和灌电流等参数。例如，不同型号的过压检测阈值在3.85V至4.6V之间，过压检测迟滞有多种可选值，电源电流典型值为0.7μA至1.5μA等。

时序要求

过压延迟时间根据不同型号有所不同，例如SGM41050 - 00/24的过压延迟时间为2.5至5.5s，SGM41050 - 01/05/06/07等型号的过压延迟时间为2.0至4s，SGM41050 - 02/03/04等型号的过压延迟时间为0.5至1.5s。客户测试模式下的过压检测延迟时间典型值为15ms。

七、典型应用电路与推荐BOM

典型应用电路

SGM41050提供了2至5串电池的CMOS高电平有效输出的典型应用电路，电路中包括电池组、SC保护器、电阻、电容等元件。通过合理的电路设计，可以实现对电池组的过压保护。

推荐BOM

为了确保SGM41050的正常工作，推荐使用以下元件：	元件	最小值	典型值	最大值	单位
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高电平有效选项，外部下拉电阻）	100	-	-	kΩ
RPU（N沟道开漏低电平有效选项，外部上拉电阻）	100	-	-	kΩ

八、详细工作原理

正常工作状态

SGM41050独立监测每个电池的电压，当所有监测到的电压都低于过压阈值 (V_{OV}) 时，芯片处于正常工作状态。

过压保护触发

一旦任何一个电池的电压超过阈值 (V{OV}) ，内部延迟定时器启动。如果在定时器到期之前，电池电压没有下降到 (V{OV}-V_{HYS}) 以下，OUT引脚将被激活。具体的过压检测时序可参考相关的时序图。

输出选项

SGM41050的OUT引脚有两种输出拓扑可选：

• CMOS（高电平有效）输出：激活时OUT引脚拉高，未激活时拉低。
• N沟道开漏（低电平有效）输出：激活时OUT引脚拉低，未激活时处于高阻抗状态。

客户测试模式

SGM41050具有客户测试模式（CTM），可大大缩短过压延迟时间的测试时间，提高生产效率。进入CTM时，需要将 (V{VDD}-V{5}) 设置为至少10V。在CTM模式下，过压检测延迟定时器的时间典型值为15ms。退出CTM时，需要降低 (V{VDD}-V{5}) 的电压。

九、总结

SGM41050是一款功能强大、性能可靠的锂电池过压保护芯片，具有多种可选特性和灵活的配置选项，能够满足不同应用场景的需求。在设计锂电池系统时，工程师可以根据实际需求选择合适的型号和配置，确保电池的安全和稳定运行。同时，在使用过程中，需要注意芯片的绝对最大额定值、推荐工作条件以及ESD保护等问题，以避免对芯片造成损坏。你在实际应用中是否遇到过锂电池过压保护的问题呢？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。