专用 3 节可充电电池保护 IC 产品概述 是专用 3 节可充电电池保护芯片, 具有高精度 高集成度的特点, 适用于电动工具 吸尘器以及小型后备电源等 BM3452 通过检测各节电池的电压 充放电电流以及环境温度等信息实现电池过充 过放 放电过电流 短路 充电过电流 温度保护等保护功能, 通过外置电容来调节过充 过放 过电流保护延时 功能特点 ⑴ 各节电池的高精度电压检测功能 ; 过充电检测电压 3.6 ~ 4.6 精度 ±25 m(+25 ) 精度 ±40 m(-40 至 +85 ) 过充电滞后电压 0.1 精度 ±50 m 过放电检测电压 1.6 ~ 3.0 精度 ±80 m 过放电滞后电压 0 / 0.2 / 0.4 精度 ±100 m ⑵ 3 段放电过电流检测功能 ; 过电流检测电压 1 0.025 ~ 0.30 (50 m 步进 ) 精度 ±15 m 过电流检测电压 2 0.2 / 0.3 / 0.4 / 0.6 短路检测电压 0.8 / 1.2 ⑶ 充电过电流检测功能 ; 充电过电流检测电压 -0.03 /-0.05 / -0.1 / -0.15 / -0.2 ⑷ 延时外置可调 ; 通过改变外接电容大小设置过充电 过放电 过电流 1 过电流 2 检测延迟时间 ⑸ 可通过外部信号控制充电 放电状态 ; ⑹ 充 放电控制端子最高输出电压 12 ; ⑺ 温度保护功能 ; ⑻ 宽工作温度范围 :-40 ~85 ; ⑼ 断线保护功能 ; ⑽ 低功耗 ; 工作时 ( 带温度保护 ) 25 μa 典型值 工作时 ( 无温度保护 ) 15 μa 典型值 休眠时 6 μa 典型值 应用领域 电动工具 吸尘器 小型 UPS 后备电源 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/2 1/16
封装形式 SOP16 TSSOP16 功能框图 CDCT CO DO 级联控制 + - C3 - OR + + C2 - TO TOD TOC1 TOC2 外置延时控制 逻辑处理 OR + - - + - C1 + NTC TRH 温度保护 过电流检测 IN M 充电器负载检测 CO DO 驱动输出 DO CO 图 1 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 2/17
产品选型 1. 产品命名 图 2 2. 产品目录 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 3/17
引脚排布 图 3 引脚号 名称 描述 1 CDCT CO DO 控制端子 2 TO 接电容, 用于控制过充电检测延时 3 TOD 接电容, 用于控制过放电检测延时 4 TOC1 接电容, 用于控制过电流 1 检测延时 5 TOC2 接电容, 用于控制过电流 2 检测延时 6 NTC 接负温度系数热敏电阻, 用于温度检测 7 TRH 接电阻, 用于调节高温保护温度 8 M 过电流保护锁定 充电器及负载检测端子 9 CO 充电控制 MOS 栅极连接端子, 高电平与高阻态输出, 最高 12 10 DO 放电控制 MOS 栅极连接端子,CMOS 输出, 最高 12 11 IN 放电过电流及充电过电流检测端子 12 芯片的地 电池 1 的负电压连接端子 13 C1 电池 1 的正电压 电池 2 的负电压连接端子 14 C2 电池 2 的正电压 电池 3 的负电压连接端子 15 C3 电池 3 的正电压 16 芯片的电源 电池 3 的正电压连接端子表 2 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 4/17
绝对最大额定值 项目 符号 适用端子 绝对最大额定值 单位 电源电压 - -0.3 ~ +30 各节电池电压 CELL cell3 cell2-0.3 ~ +6 cell1 M 输入端子电压 M M -20 ~ +30 DO 输出端子电压 DO DO -0.3 ~ +0.3 CO 输出端子电压 CO CO -20 ~ +0.3 工作环境温度 T A - -40 ~ 85 贮存温度 T STG - -40 ~ 125 表 3 注意 : 绝对最大额定值是指无论在任何条件下都不能超过的额定值 一旦超过此额定值, 有可能造成产品 劣化等物理性损伤 电气特性 ( 除特殊说明外 :T A =25 ) *1 项目符号测试条件 最小值典型值最大值单位 测试电路 电源电压 - 5-30 正常功耗 I 1=2=3=3.5 - - 25 μa 1 休眠功耗 I STB 1=2=3=2.0 - - 10 μa 保护阈值 DET1 1=2=3.5 3=3.5 4.4 DET1-0.025 DET1 DET1 +0.025 保护延时 T O 1=2= 3.5 C O =0.1μF 3=3.5 4.4 0.5 1.0 1.5 s 过充电 解除阈值 REL1 1=2=3.5 3=4.4 3.5 REL1-0.05 REL1 REL1 +0.05 解除延时 T REL1 1=2=3.5 3=4.4 3.5 10 20 30 ms 2 温度系数 1 K U1 Ta= -40 to 85-0.6 0 0.6 m/ 过放电 保护阈值 保护延时 DET2 T OD 1=2=3.5 3=3.5 2.0 1=2=3.5 C OD =0.1μF 3=3.5 2.0 DET2-0.08 DET2 DET2 +0.08 0.5 1.0 1.5 s 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 5/17
*1 项目符号测试条件 最小值典型值最大值单位 测试电路 过放电 解除阈值 解除延时 REL2 T REL2 1=2=3.5 3=2.0 3.5 1=2=3.5 3=2.0 3.5 REL2-0.10 REL2 REL2 +0.10 10 20 30 ms 2 保护阈值 OC1 1=2=3=3.5 4=0 0.12 OC1 *85% OC1 OC1 *115% 保护延时 T OC1 1=2=3=3.5 C OC1 =0.1μF 4=0 0.12 100 200 300 ms 放电过流 1 解除延时 T ROC1 1=2=3=3.5 4=0 0.12 0 100 200 300 ms 过流下拉电阻 R MS 1=2=3=3.5 4=0 0.12 100 300 500 kω 温度系数 2 K U2 Ta= -40 to 85-0.1 0 0.1 m/ 保护阈值 OC2 1=2=3=3.5 4=0 0.5 OC2 *80% OC2 OC2 *120% 3 过流 2 保护延时 T OC2 1=2=3=3.5 C OC2 =0.1μF 4=0 0.5 10 20 30 ms 解除延时 T ROC2 1=2=3=3.5 4=0 0.5 0 100 200 300 ms 短路 保护阈值保护延时 SHORT T SHORT 1=2=3=3.5 4=0 1.2 1=2=3=3.5 4=0 1.2 0 SHORT *80% SHORT SHORT *120% 100 300 600 μs 充电过流 保护阈值保护延时 O T O 1=2=3=3.5 4=0-0.2 1=2=3=3.5 4=0-0.2 O -0.015 O O +0.015 10 20 30 ms 4 CO R CO 正常态,Co 为 H (12) 3 5 8 kω 5 输出电阻 DO R DO 正常态,Do 为 H (12) 3 5 8 保护态,Do 为 L 0.20 0.35 0.50 kω 6 表 4 *1: 以上测试条件均以锂电参数参考设计, 其他档位参数根据实际电压调整 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 6/17
工作说明 1. 过充电电池充电且 IN > O 即未发生充电过流时, 只要 C1 (C2-C1) (C3-C2) 中任意电压值高过 DET1 并持续了一段时间 T O, 芯片即认为电池包中出现了过充电状态,CO 由高电平变为高阻态, 被外接电阻下拉至低电平, 将充电控制 MOS 管关断, 停止充电 满足下面两个条件之一即可解除过充电状态 : ⑴ 所有电芯的电压都低于 REL1 并持续 T REL1 ; ⑵ M> 100m( 接入负载 ), 电池电压低于 DET1 并持续 T REL1 2. 过放电电池放电且 IN< OC1 即未发生放电过流时, 只要 C1 (C2-C1) (C3-C2) 中任意电压值低于 DET2 并持续了一段时间 T OD, 芯片即认为电池包中出现了过放电状态,DO 由高电平变为低电平, 将放电控制 MOS 管关断, 停止放电, 此时芯片进入休眠模式 满足下面两个条件之一即可解除过放电状态 ( 休眠状态 ): ⑴ M =0 且所有电芯的电压都高于 REL2 并持续 T REL2 ; ⑵ M <-100m( 接入充电器 ), 电池电压高于 DET2 并持续 T REL2 3. 放电过电流在放电时, 放电电流随着负载而变化,IN 电压随着放电电流的增大而增大 当 IN 电压高于 OC1 并持续一段时间 T OC1, 即认为出现了过电流 1; 当 IN 电压高于 OC2 并持续 T OC2, 即认为出现了过电流 2; 当 IN 电压高于 SHORT 并持续 T SHORT, 即认为出现了短路 三种中任意一种状态出现后,DO 由高电平变为低电平, 关断放电控制 MOS 管停止放电, 同时, 过流锁定端子 M 端内部下拉电阻 R MS 接入 通常 OC1 < OC2 < SHORT,T OC1 > T OC2 > T SHORT 过电流保护时 DO 被锁定为低电平, 断开负载即可解除锁定 4. 延时设置过充电延时, 过放电延时由下述公式计算 ( 单位 :s):tov = 10 7 x C O ;Tovd = 10 7 x C OD 放电过电流 1 延时由下述公式计算 ( 单位 :s):toc1 = 2 x 10 6 x C OC1 放电过电流 2 延时由下述公式计算 ( 单位 :s):toc2 = 2 x 10 5 x C OC2 5. 充电过电流在充电时, 如果充电电流过大且 IN< O 并持续了一段时间 T O, 芯片认为发生了充电过电流状态, CO 被外接电阻下拉至低电平, 充电控制 MOS 管关断, 必须将充电器移除才能解除 6. 温度保护为了防止充放电过程中电芯温度过高给电芯带来的损坏, 需要进行电芯高温保护 NTC 端子连接热敏电阻用于感应温度变化,TRH 端子连接电阻用于高温保护基准的设置 过温检测时, 芯片默认为放电检测 仅当 M<-100m 时, 芯片识别为充电检测 以充电过温保护为参考, 假设充电过温保护时 NTC 电阻阻值 RNTC, 则 TRH 选取的电阻阻值为 RTRH=2*RNTC, 此时放电过温保护时对应的 NTC 阻值为 0.54* R NTC 对应的温度 我们可通过调节 R TRH 大小来调节充放电过温保护的温度 以 NTC 电阻选取 103AT-4 型号为例, 常温下 (25 ) 为 10KΩ, 设定充电保护温度为 55 55 时对应 R NTC =3.5K, 则选取 TRH 电阻阻值为 R TRH =2*R NTC =7K, 放电过温保护时对应 NTC 电阻大小为 0.54*R NTC =1.89K, 对应温度为 75 充电过温保护迟滞为 5, 放电过温保护迟滞为 15 所以当充电温度高于保护温度 55,CO 变为高阻态, 由外接电阻下拉至低电平, 充电控制 MOS 管关断停止充电, 当电芯温度降到 50 时,CO 变为高电平, 充电控制 MOS 重新开启 ; 当放电温度高于保护温度 75, DO 变为低电平, 放电 MOS 管关断停止放电, 同时充电 MOS 管也关断禁止充电, 当电芯温度降到 60 时,DO 变为高电平,CO 变为高电平, 充放电控制 MOS 重新开启 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 7/17
7. 断线保护 当芯片检测到管脚 C1 C2 C3 中任意一根或多根与电芯的连线断开, 芯片判断为发生了断线, 即将 CO 输出高阻态,DO 输出低电平, 此保护状态称为断线保护状态 工作时序图 1. 过充电 过放电保护 DET1 CELL REL1 REL2 DET2 CO 12 DO 12 CHR- 接入负载接入充电器 CHR- CHR- M T DET1 T DET2 (1) (2) (1) (3) (1) 图 4 假定为恒流充电,CHR- 为充电器空载时负端电压 : (1) 通常状态 ; (2) 过充电保护状态 ; (3) 过放电保护状态 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 8/17
2. 放电过电流 短路 充电过电流保护 DET1 REL1 CELL REL2 DET2 CO 12 DO 12 M CHR- CHR- CHR- CHR- IN SHORT OC2 OC1 O 接入负载接入充电器 T OC1 T OC2 T SHORT T O (1) (2) (1) (3) (1) (4) (1) (5) (1) 图 5 假定为恒流充电,CHR- 为充电器空载时负端电压 : (1) 通常状态 ; (2) 放电过电流 1 保护状态 ; (3) 放电过电流 2 保护状态 ; (4) 短路保护状态 ; (5) 充电过电流保护状态 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 9/17
应用电路 P+ B+ R4 CO COD COC1 COC2 CDCT TO TOD TOC1 TOC2 BM3452 C3 C2 C1 C C3 C2 R D2 R3 R2 R1 C1 3 2 1 RNTC NTC IN RTRH TRH DO RDO M CO P RM RCO Rsense B RS 图 6 3 串典型应用 充放电 NMOS 控制, 回路共用 图 7 3 串典型应用 充放电 NMOS 控制, 回路分开 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 10/17
图 8 3 串应用 充电 PMOS, 放电 NMOS 控制备注 : 充电 PMOS 控制, 放电 NMOS 控制应用电路中,M 端增加二极管 D1, 充放电过温保护为同一个温度 以上应用原理图以 SOP16 封装为参考,TSSOP16 封装应用原理图与之相同, 仅替换封装形式即可!! 电阻 电容推荐值如下 : 器件标号 典型值 范围 单位 R1 R2 R3 1000 100 ~ 1000 Ω R 1000 100 ~ 1000 Ω R4 1 0.5 ~ 2 MΩ R B R5 R CD 4.7 1-10 MΩ R NTC 10 - kω R TRH 7 - kω R M 220 10-500 kω R CO R S 10 5~15 MΩ R DO 2 0~10 kω R sense 5 1 ~ 20 mω C 10 10 ~ 100 μf C1 C2 C3 1.0 0.1~ 10 电容耐 μf C O C OD C OC1 C OC2 0.1 - 压 >50 μf 表 5 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 11/17
测试电路 1. 正常功耗及休眠功耗测试电路 1 ⑴ 设定 1=2=3=3.5, 观察电流表的读数, 流出 的电流即正常功耗 ⑵ 在 ⑴ 的基础上, 设定 1=2=3=2.0, 观察电流表的读数, 流出 的电流即休眠功耗 2. 过充电测试测试电路 2 2.1 过充电保护及保护解除阈值设定 1=2=3=3.5, 确保 DO CO 都为 H 逐渐增大 3, 维持时间不小于过充电保护延时, 当 CO 由 H 变 L 时的 3 电压即为过充电保护阈值电压 ( DET1 ); 逐渐减小 3, 维持时间不小于过充电保护解除延时, 当 CO 重新变为 H 时,3 电压即为过充电保护解除阈值电压 ( REL1 ) 2.2 过充电保护及过充电回复延时 ⑴ 设定 1=2=3=3.5, 确保 DO CO 都为 H 将 3 骤升至 4.4, 监控 CO 电压并维持一段时间, CO 由 H 变 L 的时间间隔即为过充电延时 ⑵ 设定 1=2=3.5,3=4.4, 确保 DO 为 H,CO 为 L 将 3 骤降至 3.5, 监控 CO 电压并维持一段时间,CO 由 L 变 H 的时间间隔即为过充电回复延时 3. 过放电测试测试电路 2 3.1 过放电保护及过放电保护解除阈值设定 1=2=3=3.5, 确保 DO CO 都为 H 逐渐减小 3, 维持时间不小于过放电保护延时, 当 DO 由 H 变为 L 时的 3 电压即为过放电保护阈值电压 ( DET2 ); 逐渐增大 3, 维持时间不小于过放电保护解除延时, 当 DO 重新变为 H 时,3 电压即为过放电保护解除电压 ( REL2 ) 3.2 过放及过放回复延时 ⑴ 设定 1=2=3=3.5, 确保 DO CO 都为 H 将 3 骤降至 2.0, 监控 DO 电压并维持一段时间, DO 由 H 变为 L 的时间间隔即为过放电延时 ⑵ 设定 1=2=3.5,3=2.0, 确保 DO 为 L,CO 为 H 将 3 骤升至 3.5, 监控 DO 电压并维持一段时间,DO 由 L 变为 H 的时间间隔即为过放电回复延时 4. 放电过电流及短路测试测试电路 3 4.1 过电流及短路保护阈值设定 1=2=3=3.5,4=0, 确保 DO CO 都为 H 逐渐增大 4, 维持时间不小于过电流 1 保护延时, 当 DO 由 H 变为 L 时的 4 电压即为过电流 1 保护阈值 ( DET3 ) 过电流 2 阈值 ( DET4 ) 及短路阈值 ( SHORT ) 的测试需同时根据设定的保护延时长短去判断 4.2 过电流及过电流回复延时 ⑴ 设定 1=2=3=3.5,4=0, 确保 DO CO 都为 H 将 4 骤然增大至 0.2, 监控 DO 电压并维持一段时间,DO 由 H 变为 L 的时间间隔即为过电流 1 延时 ⑵ 设定 1=2=3=3.5,4=0, 确保 DO CO 都为 H 逐步将 4 骤然增大, 即每次增大至的 4 电压值比前一次大, 同时监测 DO 由 H 变为 L 的延时, 监测到的第一个比过电流 1 短的延时对应的 4 的电压即为过电流 2 阈值, 这个延时即为过电流 2 延时 ⑶ 设定 1=2=3=3.5,4=0, 确保 DO CO 都为 H 逐步将 4 骤然增大, 即每次增大至的 4 电压值比前一次大, 同时监测 DO 由 H 变为 L 的延时, 监测到的第一个比过电流 2 短的延时对应的 4 的电压即为短路阈值, 这个延时即为短路延时 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 12/17
⑷ 设定 1=2=3=3.5 4=0.2, 确保 DO 为 L,CO 为 H 将 4 骤然降至 0, 监控 DO 电压并维持一段时间,DO 由 L 变为 H 的时间间隔即为过电流 1 回复延时 同样的测试方法可以测出过电流 2 回复延时及短路回复延时 5. 充电过电流测试测试电路 4 5.1 充电过电流保护阈值设定 1=2=3=3.5,4=0, 确保 DO CO 都为 H 逐渐增大 4, 维持时间不小于充电过电流保护延时,Co 由 H 变为 L 时 4 即为充电过电流保护阈值 5.2 充电过电流保护延时设定 1=2=3=3.5,4=0, 确保 DO CO 都为 H 将 4 骤然增大至 0.3, 监控 CO 电压并维持一段时间,CO 由 H 变为 L 的时间间隔即为充电过电流保护延时 6. CO DO 输入 / 输出电阻测试 (1)CO DO 为高电平时的输出电阻测试电路 5 6 设定 1=2=3=3.5,4=10.0, 开关 K 断开, 确保此时 CO 输出为 H, 测量 CO 端的电压 A ; 闭合开关 K,4 从 10 开始降低, 监测电流表的读数为 I A, 当 I A =50uA 时测得 CO 端的电压 B, 则 CO 输出电阻 R COH = ( A - B )/50 (MΩ) 同样的测试方法可用于测试 DO 输出电阻 R DOH, 只需将测试端子改为 DO 即可 (2)DO 为低电平时的输出电阻测试电路 6 设定 1=2=3=2.00 4=0.00, 开关 K 断开, 用电压表测试 DO 端电压, 确保此时 DO 输出为 0 将开关 K 闭合, 调节 4 从 0 开始上升, 同时监测电流表的读数为 I A, 当 I A =-50uA 时测得 DO 电位为 DO, 则 DO 输出电阻 R DOL = DO /50 (MΩ) 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 13/17
1MΩ CDCT TO TOD TOC1 TOC2 BM3452 C3 C2 C1 + - A 3 2 1 NTC IN TRH DO M CO 5MΩ 测试电路 1 测试电路 2 测试电路 3 测试电路 4 1MΩ CDCT TO TOD TOC1 TOC2 BM3452 C3 C2 C1 3 2 1 NTC TRH M IN DO CO K + A - 4 测试电路 5 测试电路 6 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 14/17
封装示意图及参数 SOP16 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 15/17
TSSOP16 说明书 WI-D06-J-0066 Rev.A/3 16/17