新应用分享 | 晶华微无线吸尘器BMS解决方案

Part.01

概述

在现代家庭清洁与轻型商用保洁场景中，无线锂电吸尘器凭借其使用灵活、不受电源线束缚的特点，已成为主流清洁工具。然而，高功率放电、电池温升控制以及续航与寿命的平衡是其核心挑战。本文旨在介绍一套晶华微专为无线吸尘器设计的高性能、高安全性电池管理系统（BMS）解决方案。

该方案针对吸尘器作业时“大电流启动、高频启停、持续重载”的典型工况，采用高精度模拟前端与低导通阻抗保护功率开关，实现对多节锂电池的实时单体电压监测、充放电过流保护、芯片级温度监控以及电池均衡管理。在充分发挥锂电池高能量密度优势的基础上，通过智能充放电策略与双重硬件保护机制，有效防止电池过充、过放、短路及热失控风险，显著延长电池组循环寿命。本方案兼顾了吸尘器在强力模式下的持续功率输出需求与标准模式下的长续航表现，以稳健的电控架构实现了安全性、续航能力与系统成本的综合优化，为无线吸尘器提供可靠、高效、耐久的动力管理核心。

图1：8串锂电池无线吸尘器保护板方案

Part.02

方案功能介绍

2.1 电池信息采集与二级保护

单体电芯监测采用晶华微高精度模拟前端（AFE）芯片 SDM9028。该芯片专为1~8串电池应用设计，内置高精度的电平转换电路，可将各节电池电压以相同增益转换为以地为基准的模拟信号，并提供0.5倍分压输出。

核心特性如下：

高度集成：内部集成5V LDO、均衡驱动及电芯断线保护功能，并集成0.1%典型精度的基准电源VREF，可供MCU用于ADC校准，显著提升系统精度。

多级保护：除基础监测外，芯片集成二级硬件保护机制，可独立执行过压（OV）、欠压（UV）、充电/放电过温（COT/DOT）及充电/放电低温（CUT/DUT）的保护与解保动作，无需MCU干预即可保障系统安全。

2.2 MCU控制部分

主控采用晶华微自研的 SD81F134（8051内核）MCU，通过I2C总线与模拟前端芯片SDM9028通信，实现灵活的电池串数配置、保护阈值设定、VOUT引脚源选通、保护中断读取、均衡控制及断线诊断等功能，并精准控制CHG/DSG驱动使能。

同时，MCU通过I2C总线与库仑计芯片SDM5110交互，实时获取充放电电流积分值。结合SDM9028采集的电压（V）与温度（T）数据，经由程序内置的高精度电池模型算法，精确计算出电池的荷电状态（SOC）与健康度（SOH）。

2.3 电量统计与硬件短路保护

在电量计算方面，本方案搭载晶华微自主研发的 SDM5110 库仑计芯片。芯片内置 2 路硬件级过流与短路保护，并支持 DO 数字输出、INTN 中断及 ADC 自检功能。通过向 MCU 反馈实时电流积分，SDM5110 赋能 BMS 实现精准的电量核算（SOC）。同时，高集成度的设计有效减少了外部元器件依赖，在提升系统安全冗余的同时，实现了系统成本的优化。

Part.03

硬件实现

图2：8串锂电池无线吸尘器保护板方案原理图

图3：8串锂电池无线吸尘器保护板方案PCB图

Part.04

方案特点

4.1 全栈国产化与系统协同

方案核心芯片（AFE SDM9028、MCU SD81F134、电量计 SDM5110）均采用晶华微自研产品，软硬件深度适配，保障了系统稳定性与供应链安全。

4.2 AFE高度集成 降本增效

——内置基准源：集成0.1%精度的VREF，省去外部基准芯片，直接提升系统测量精度。

——减少外围器件：内置5V LDO、均衡驱动及断线保护，简化PCB设计，降低BOM成本。

4.3 双重安全机制（软硬结合）

——硬件二级保护：AFE芯片自带独立的OV/UV/COT/DOT等保护逻辑，无需MCU干预即可切断回路，响应更快，系统更安全。

——硬件级短路防护：库仑计芯片SDM5110内置2路硬件过流与短路保护，提供底层安全冗余。

4.4 精准计量算法

结合AFE采集的电压/温度与库仑计的实时电流积分，配合高精度电池模型算法，实现SOC（荷电状态）与SOH（健康度）的精准计算。

4.5 灵活配置与控制

MCU通过I2C总线统一管理，支持电池串数灵活配置、保护阈值自定义及均衡控制，适应多种应用场景。

Part.05

总结

针对清洁工具市场对电池管理日益严苛的需求，晶华微推出了由自研SDM9028 AFE、SD81F134 MCU及SDM5110库仑计构成的‘芯片级’BMS解决方案。该方案充分发挥内部资源协同优势，在采样精度与电量计算准确性上表现卓越，并具备完善的保护机制。支持5—8串灵活配置，不仅大幅提升了吸尘器等清洁工具的续航体验，更为客户提供了极具竞争力的差异化选择。

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