2.4 BQ76942/BQ76952 电池监控器: FET 配置和电池平衡

我们将在本视频中 介绍 BQ76942和 BQ76952 的 FET 配置选项和注意事项。 还将更深入地探讨电池平衡 功能。 BQ76942 和 52是高度可配置的电池监控器。 保护功能也不例外。 该器件将监控电压、电流和温度， 并根据具体配置 来鉴定保护事件。 一旦确定了保护事件， 便设置一个单独的掩码 来分别控制放电、充电、警报 和保险丝输出。 控制充电和放电输出的 FET 是可恢复的 FET。 警报引脚是发往MCU 的中断或信号。 保险丝输出用于永久性禁用电池组。 FET 驱动器为高侧驱动器。 支持使用 N 沟道FET 对左侧的电池 进行充电和放电。 通常，我们预计电流会通过保险丝 流向充电 FET和放电 FET，然后 流向 PACK+。 CP1 引脚上有一个集成的电荷泵， 可为高侧 FET驱动器提供电源。 有两个电平可选：5 伏和 11 伏。 还支持预充电和预放电。 两者都是 P 沟道驱动器。 启用时，引脚下拉。 关断时，引脚具有高阻抗。 电荷驱动器属于电阻驱动器。 它根据电荷泵的电荷传输原理工作。 因此，当开关置于CP1 电容器和 FET 栅极的电容之间时， 电荷便存储在CP1 电容器中。 电荷泵确实会运转。 但它是低电流输出。 充电 FET具有几十微秒的 开关时间。 在关闭时，驱动器切换到 BAT 电压。 同样，这是一个电阻关断。 应在充电引脚和栅极间 放置一个电阻器。 因此，充电引脚将首先切换， 其次是栅极，同时电阻器和 栅极电容之间的RC 时间保持不变。 对于放电驱动器，同样如此，在打开时， 它将切换到电荷泵电压。 放电也会对栅极电容形成 电阻。 因此放电电压会迅速上升。 而栅极电压上升得更慢一些。 同样，切换时间将在几十微秒内。 在关闭放电输出时， 驱动器被迅速拉至低于低检测 引脚的水平。 LD 引脚能感应电池组电压。 因此可快速关闭 FET， 然后松开并重复。 这允许栅极根据需要缓慢放电。 并且仅在有限的时间内进行切换。 对于开关动作和栅极电容， 栅极放电将更加缓慢， 直至 FET 关断。 较小的电阻器将更快地关断， 并且电压下降得非常快。 或者它可通过更合理的关断来支持更多的 FET。 而且，PACK+ 仍具有从电池电压放电到 低值的功能。 IC 本身不会使电池组引脚放电。 该器件具有体二极管保护功能， 该功能已通过默认配置启用。 在串联 FET 配置中，如果充电 FET 已开启 并且电池组正在放电， 则充电 FET 中将有一个二极管。 而且在大电流的情况下，这可能会使 FET 的温度 明显升高。 因此该部件将检测到该电流 并重新开启充电 FET， 从而不会因较大的放电电流而损坏 FET。 当使用并联 FET 时，不需要进行这种切换， 因为如果存在不流过充电 FET 的 放电电流，而且充电 FET 关断， 则重新开启充电 FET 会很糟糕。 因此，此功能是可配置的。 并联 FET 模式基本上会关闭体二极管 保护。 通常通过启用保护功能 或通过向控制块传入 主机命令来启用FET 驱动器控制。 信号导出后进入由电荷泵供电的 放电和充电驱动器。 也可以使用直接CFETOFF 和 DFETOFF 输入 来关断 FET。 但是，需要为此配置这些功能。 此外，还有数字放电和数字电荷 输出。 那些输出可用于向MCU 发出逻辑电平信号， 或在不使用高侧驱动器的情况下运行低侧 驱动器。 数字放电和数字充电引脚 是多功能引脚， 而且必须配置为输出。 多功能引脚 有很高的灵活性。 通常，它们可用于进行温度测量， 也用于直接 ADC输入或通用数字输出。 因此，系统设计人员 正确设置配置很重要。 低侧 FET驱动器可输出 DDSG 和 DCHG 信号。 这些都是由 REG1 供电的。 稳压器电压是可编程的， 而且需要进行配置。 这些信号可输出到 FET 驱动器。 放电时，很容易驱动一个或多个 低侧放电 FET。 虽然与充电驱动器相似， 但这里也有一些不同之处。 充电 FET 处于关断状态时，FET 可变为低负电压，因为充电器电压 会比电池电压大得多。 因此，在驱动器的输出端需要一个 P 沟道 FET， 这样栅极才能下降。 此外，当放电FET 处于关断 并且电池组有负载时， PACK 负极可能会上拉至高电压。 因此，需阻断通过栅极电路 返回的电压，这样电压就不会进入驱动器。 由于二极管的原因，驱动器无法直接关断 栅极。 该操作将由栅极电阻 RGS 下拉电阻完成。 由于需要低电流，因此该电阻可能会有 高阻值，采用辅助电路和晶体管 来提供一些增益并下拉栅极 是十分有益的。 低侧驱动器还需要一个器件， 那就是电源。 大多数 FET 配备了一个 10 伏低 RDS。 因此，12 伏电源很合适。 现在，让我们了解一下BQ76942 和 BQ76952 系列的 电池平衡功能。 电池平衡功能可配置为自主式 或主机控制型。 可通过许多寄存器 进行此类配置，如 bqStudio 软件截图所示。 主机控制型平衡功能可采用密封模式。 高温或低温会阻碍平衡功能。 这会使每个电池实现平衡的时间间隔超时。 如果主机配有并设置了电池平衡， 则进入睡眠模式后，器件 不会耗尽电池电量。 允许平衡多节电池。 在平衡多节电池期间， 务必在确定平衡电流 和要平衡的电池数量时计算功耗。 例如，65 毫安电流流入25Ω 电阻的功耗为 1/10 瓦。 并且，这会使器件的温度升高。 在正常情况下平衡环路电流时， 内部平衡FET 导通。 电流将从电池流经内部 平衡 FET，然后返回电池。 如果有充电电流流过， 则部分充电电流将被转移到 已平衡电池的周围。 电池输入电阻的典型值为 20Ω。 最大值为 100Ω。 对于内部平衡 FET，导通电阻的典型值为 25Ω。 这将产生约 65毫安的平衡电流和 4.2 伏的电池电压。 关断平衡电流后可进行多次电压 测量。 平均电流会略低。 外部平衡可通过N 沟道 FET 实现。 同样，电流通过输入滤波器电阻器 流入内部平衡 FET，再从 下电阻器返回。 在这种情况下，下电阻器两端的电压 形成可供给FET 的栅源电压。 必须在那提供一个电阻并为 高电池节数电池组提供一个二极管。 原因是，如果电池 10 处于 40 伏电压下， 电池组可能短路， 这时电压几乎突然变成 0。 这会使电阻器两端的电压变为 40 伏。 如果这一电压输出到该 FET 的栅极， 该器件可能会损坏。 许多 FET 的绝对最大VGS 为 20 伏或更低。 借助分压器，约 1/3 的电压 将供给栅源电压。 因此，对于外部平衡，该电阻 可增加至 100Ω。 不建议超过 100Ω。 输入电阻的典型值为 100Ω 时， 栅源电压约 1.8 伏。 此外，还可以使用 P 沟道平衡。 在这种情况下，电流的流动过程类似。 但现在，电压是在电池的上电阻器 两端形成的。 而且，在电池电压较低时， 适合使用 BJT进行电池平衡。 可使用NPN 或 PNP。 这里，保护齐纳二极管 和基极-发射极二极管 将提供一个路径， 在电流流经内部平衡FET 时降低该电阻。 其他电流将通过输入电阻器流出。 一些将流经基极电阻器， 提供基极-发射极电流，该电流将 在获得增益后流出，从而实现正确的平衡。 电阻很小。 因此，平衡电流可能会受到 晶体管增益的限制。 总而言之，BQ76942和 52 系列在默认情况下控制 高侧 FET。电荷泵具有电流限制。 这一点应注意。 该器件可支持多个 FET 用于高电流应用。 它可配置为采用串行或并行 FET。 FET 配置灵活， 既可手动控制，也可自主控制。 可通过配置多种保护功能来控制 FET 或向主机发送中断。 DCHG 和 DDSG引脚可配置为驱动低侧 FET 驱动器。 对于电池平衡，该器件支持内部平衡高 电流。 根据需要，可使用外部 FET 或 BJT 增加平衡电流。 谢谢观看。 更多有关 BQ76942和 BQ76952 的信息， 可访问下面的产品文件夹链接。 请务必点击产品文件夹中的 “订阅更新”按钮，以便在 出现新的实用材料时收到通知。