锂电保护芯片.pdf

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1、电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 1 www.cellwise- CW1055 35 节电池保护 IC CW1055系列产品是一款高度集成的35串锂离子电池或锂聚合物电池保护芯片。CW1055为电池包提供 过充、过放、过流和过温保护。均衡功能可以消除电池包中各节电池的容量差异，使电池组高效工作并延 长寿命。 功能特性功能特性 （1）外部引脚设定选择3、4、5节电池保护 （2）内置均衡功能 均衡开启电压阈值范围 3.900V4.250V，50mV步进，最大2mV同一电池包内均衡精度 均衡电流通过外部电阻设置 （3）过充电保护

2、阈值范围 4.175V4.350V， 25mV步进， 25mV精度 （4）过放电保护 阈值范围 2.300V3.000V， 100mV步进，80mV精度 （5）过电流保护 过流检测1 阈值范围 0.050V0.200V， 50mV步进， 10mV精度 过流检测2 阈值范围 0.200V0.500V， 100mV步进， 25mV精度 短路保护 阈值0.500V、0.800V 两档可选，50mV精度 （6）充放电过温保护 （7）预充电功能 （8）过流保护后自动回复，回复电流可调 （9）异常电池判断 （10）电池剩余容量指示LED （11）低功耗设计 工作状态 20A (25) 休眠状态 0.5A

3、(25) （12）封装形式：TSSOP30 应用领域应用领域 电动工具 电动自行车 后备电源 锂离子及锂聚合物电池包 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 2 www.cellwise- 原理框图原理框图 图 1：原理框图 备注：部分缓冲模块未显示 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 3 www.cellwise- 产品选择指南产品选择指南 CW1055 X X X X 封装形式，T: TSSOP30 参数类型，从 A 到 Z 电池类型，L:代表锂离子电池 功能

4、和版本信息，从 A to Z 产品目录产品目录 产品型号 过充 阈值 Voc 过充 回复 Vocr 过放 阈值 Vod 过放 解除 Vodr 过流 1 阈值 Vec1 过流 2 阈值 Vec2 短路 阈值 Vshr 均衡 启动 Vbal 均衡 回复 Vbalr CW1055ALAT 4.200 4.000 2.300 2.500 0.100 0.300 0.500 3.950 3.900 CW1055ALBT 4.225 4.125 2.500 2.800 0.150 0.150 0.800 3.950 3.900 CW1055ALCT 4.250 4.150 2.500 2.800 0.10

5、0 0.300 0.500 4.000 4.000 CW1055ALDT 4.250 4.150 2.300 2.500 0.150 0.400 0.800 4.000 3.900 CW1055ALET 4.250 4.150 2.800 3.000 0.150 0.400 0.800 4.000 3.950 CW1055ALFT 4.225 4.125 2.800 3.000 0.100 0.100 0.800 4.050 3.950 CW1055ALGT 4.300 4.200 2.500 2.600 0.100 0.300 0.500 4.100 4.050 CW1055ALHT 4.2

6、25 4.125 2.800 3.000 0.100 0.300 0.800 4.050 3.950 CW1055ALIT 4.200 4.100 2.700 3.000 0.100 0.300 0.800 4.050 4.000 CW1055ALJT 4.225 4.100 2.700 3.000 0.100 0.200 0.500 4.050 4.050 CW1055ALKT 4.225 4.100 2.500 3.000 0.100 0.200 0.500 4.050 4.050 CW1055ALLT 4.200 4.100 2.500 3.000 0.100 0.200 0.500 4

7、.050 4.050 表 1. 产品目录 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 4 www.cellwise- 引脚排列图引脚排列图 CW1055 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 SEL1 VC5 CB5 VC4 CB4 VC3 CB3 VC2 CB2 VC1 CB1 VSS RDOT RCOT SEL2 VDD VM LED4 LED3 LED2 LED1 CO DO VINI CCT CDT CIT E

8、CR PRE REG 16 图 2.引脚排列图 编号 名称 引脚描述 1 SEL1 3、4、5 串电池选择引脚 1 2 VC5 电池 5 正极连接端子 3 CB5 电池 5 均衡控制端子 4 VC4 电池 4 正极连接端子 5 CB4 电池 4 均衡控制端子 6 VC3 电池 3 正极连接端子 7 CB3 电池 3 均衡控制端子 8 VC2 电池 2 正极连接端子 9 CB2 电池 2 均衡控制端子 10 VC1 电池 1 正极连接端子 11 CB1 电池 1 均衡控制端子 12 VSS 芯片接地端子，连接电池 1 负极 13 REG 电源端口 14 RCOT 充电过温检测电阻连接端口 15

9、RDOT 放电过温检测电阻连接端口 16 CIT 过流延时设置端子 17 CDT 过放电延时设置端子 18 CCT 过充电延时设置端子 19 VINI 过流检测端子 20 ECR 过流自动恢复控制端子 21 DO 过放电保护输出端子 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 5 www.cellwise- 22 CO 过充电保护输出端子，开漏输出 23 PRE 预充电控制端子，开漏输出 24 VM P- 端电压检测 25 LED1 LED1 驱动输出和 LED 显示开关 26 LED2 LED2 驱动输出 27 LED3 LED3

10、驱动输出 28 LED4 LED4 驱动输出 29 VDD 芯片电源，连接电池组最高电位；若 5 串电池，则为电池 5 正端 30 SEL2 3、4、5 串电池选择引脚 2 表 2.引脚描述 绝对最大额定值绝对最大额定值 符号 描述 范围 单位 VDD 电源电压 VSS- 0.3VSS+30 V VCx 电池输入引脚电压 VSS+0.3VDD+0.3 V Vvm VM 端输入电压 VDD- 30VSS+30 V CO, PRE CO, PRE 端输出电压 VDD- 30VSS+30 V DO DO 端输出电压 VSS+0.3VDD+0.3 V T1 工作温度 - 4085 T2 存储温度 -

11、40125 表 3：绝对最大额定值 注意注意：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。如果超过此额定值，有可能造成 产品损伤。 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 6 www.cellwise- 电气特性电气特性 (除特殊说明外 T=25) 项目项目/参数参数 描述描述 测试条件测试条件 最小值最小值 典型值典型值 最大值最大值 单位单位 电源电源 VDD 供电电压范围 4 24 V Iopr 正常工作电流 VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.7V 20 30 A Isleep 休眠电流 VC1=VC2=

12、VC3=VC4=VC5=2.0V 0.5 A 电压、温度检测和保护阈值电压、温度检测和保护阈值 Voc*1 过充检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=3.7V VC5=3.74.5V Voc- 0.025 Voc Voc+ 0.025 V Vocr 过充解除电压 VC1=VC2=VC3=VC4=3.7V VC5=4.53.7V Vocr- 0.050 Vocr Vocr+ 0.050 V Vod 过放检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=3.7V VC5=3.72.0V Vod- 0.080 Vod Vod+ 0.080 V Vodr 过放解除电压 VC1=VC2=VC3=VC4=3.

13、7V VC5=2.03.7V Vodr- 0.100 Vodr Vodr+ 0.100 V Vec1 过流 1 检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.7V VINI=00.2V Vec1- 0.010 Vec1 Vec1+ 0.010 V Vec2 过流 2 检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.7V VINI=00.5V Vec2- 0.025 Vec2 Vec2+ 0.025 V Vshr 短路检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.7V VINI=01V Vshr- 0.050 Vshr Vshr+ 0.050 V Vload 负载检测电压

14、VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.7V 0.3 V Vcharge 充电器检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.7V 0 V Vslp 休眠检测电压 VC1=VC2=VC3=VC4=VC5=3.0V 0.2VDD V Vpre 预充电启动电压 Vod- 0.080 Vod Vod+ 0.080 V Vbad 异常电池检测电压 1.2 V TEcot*2 充电过温检测温度 VDD=18.5V 50 TEcotr 充电过温保护解除迟滞温度 5 TEdot*2 放电过温检测温度 VDD=18.5V 70 TEdotr 放电过温保护解除迟滞温度 5 延迟时间延迟时间 Toc

15、过充保护延时 CCT 连接 0.1F 电容 800 ms Treset 过充保护重置延时 10 ms Tocr 过充保护解除延时 CCT 连接 0.1F 电容 10 ms Tod 过放保护延时 COT 连接 0.1F 电容 80 ms Todr 过放保护解除延时 COT 连接 0.1F 电容 10 ms Tec1 过流 1 保护延时 CIT 连接 0.1F 电容 800 ms Tec2 过流 2 保护延时 CIT 连接 0.1F 电容 10 ms Tshort 短路保护延时 280 s Tslp 休眠延时 32 64 s Tecr*3 过流解除延时 10 ms 电池保护 IC 系列产品 CW1

16、055CR15 Cellwise copyright reserved 7 www.cellwise- Tbad 异常电池检测延时 180 s Tcot 充电过温保护延时 160 ms Tcotr 充电过温保护解除延时 160 ms Tdot 放电过温保护延时 160 ms Tdotr 放电过温保护解除延时 160 ms 均衡均衡 Vbal*4 均衡启动电压 VC1=VC2=VC3=VC4=3.7V VC5=Vbal+0.050 Vbal- 0.020 Vbal Vbal+ 0.020 V Vdiff*5 5 通道均衡相对误差 - 0.002 0 0.002 V 0V 充电功能充电功能 Vov

17、 0V 充电开始电压 2.0 V 引脚输出电压引脚输出电压 CO*6 CO 逻辑高电平输出电压 VDD V DO DO 逻辑高电平输出电压 VDD V LEDx*7 LED 逻辑高电平输出电压 VDD V CB2*8 CB2 均衡端子逻辑高输出 VC2 V CB2*8 CB2 均衡端子逻辑低输出 VC1 V ECR ECR 逻辑高电平输出电压 VDD V PRE*6 PRE 逻辑高电平输出电压 VDD V REG REG 输出 VDD=18.5V 3.5 4 4.5 V 引脚驱动能力引脚驱动能力 CO CO 端输出电流 CO 端子逻辑高电平 150 A CO 端子逻辑低电平 - A DO DO

18、 端输出电流 DO 端子逻辑高电平 150 A DO 端子逻辑低电平 - 150 A PRE PRE 端输出电流 PRE 端子 逻辑高电平 150 A PRE 端子逻辑低电平 - A LEDx*7 LEDx 端输出电流 LEDx 端子逻辑高电平 - mA LEDx 端子逻辑低电平 - 2 mA 表 4：电气特性 *1 详细保护阈值选择，请参阅选择指南表 *2 取决于不同电阻网络的设定，且不同温度阈值的设定只可应用在充放电异口的电路中 *3 所有过电流保护（包括过流 1，过流 2 和短路保护）恢复延迟时间均为 10ms *4 Vbal 是不同 IC 间均衡的精度 *5 Vdiff 是同一 IC

19、内均衡的精度，如 CELL1 和 CELL2 的均衡开启电压 *6 CO 端和 PRE 端的输出低电平为高阻态 *7 从 LED1 至 LED4 输出参数均相同 *8 从 CB1 至 CB5 输出均和 CB2 类似，其中 CB1 输出低电平为 VSS 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 8 www.cellwise- 功能描述功能描述 正常状态正常状态 当所有电池电压都在过充检测电压（Voc）和过放检测电压（Vod）之间，且 VINI 端电压在过流检测电 压（Vec1）和异常充电检测电压（Vabc）之间，则 CW1055 处于

20、正常工作状态。 过充电状态过充电状态 正常状态下，任意一节电池电压高于过充检测电压（Voc） ，且超过过充保护延迟时间（Toc） ，CO输出高 阻态关断充电MOSFET，CW1055进入过充保护状态。 在过充保护延时时间（Toc）内，若所检测的电池电压低于过充检测电压（Voc）的时间超过过充重置延 时（Treset） ，则过充累积的延迟时间（Toc）会被重置。否则，电池电压的下降就会被认为是无关的干扰从 而被屏蔽。 过充电保护解除条件： 1. 所有电池电压处于过充解除电压（Vocr）以下且超过过充解除延迟时间(Tocr)。 2. VM 端电压大于负载检测电压（Vload）且所有电池电压都低于过

21、充检测电压（Voc） 。 过放电状态过放电状态 正常状态下 （无负载） ， 任意一节电池电压低于过放保护电压 （Vod） ， 且超过过放保护延迟时间 （Tod） ， DO 输出低电平关断放电 MOSFET，CW1055 进入过放保护状态。同时 CO 输出高阻态，关断充电 MOSFET。 过放电保护解除条件： 1. VM 处于休眠检测电压（Vslp）和充电器检测电压（Vcharge）之间。所有电池电压高于过放解除电 压（Vodr）且维持超过过放解除延时（Todr） 。 2. VM 电压小于充电器检测电压（Vcharge）且所有电池都高于过放保护电压（Vod） 。 休眠状态休眠状态 CW1055

22、进入过放保护状态，并超过休眠延时时间（Tslp） ，则 CW1055 会进入休眠状态。DO 保持低电 平，CO 保持高阻态，维持充放电 MOSFET 的状态。 休眠状态解除条件：VM 电压处于 Vslp 电压以下。 过电流状态过电流状态 CW1055 内置三级过流检测，过流 1，过流 2 和短路保护。 保护机制：通过 VINI 端检测主回路上检流电阻的压降，来判断是否进行相应的过流保护。 以过流 1 为例，放电电流跟随外部负载变化，VINI 端检测到检流电阻上的电压大于过流保护阈值(Vec1) 并维持超过过流保护延迟时间(Tec1)， DO输出低电平关断放电MOSFET， 同时CO输出高阻关断

23、充电MOSFET。 CW1055 进入过流保护状态。 在过流保护状态，ECR 端子输出 VDD 电压驱动外部 MOSFET 打开，将限流电阻连接至放电回路，电阻 的阻值决定了放电恢复电流的大小。 过流解除条件： VM 端子的电压低于 VDD/2，过流保护解除。 预充电预充电 CW1055 进入过放保护（Vod）后，CO、DO 端子关闭，充放电 MOSFET 关闭。电池充电时，PRE 端子驱 动外置 MOSFET 与 VDD 相接形成一个小电流的充电回路。一旦所有电池电压超过过放保护电压（Vod）则进 入正常充电状态，即 CO=VDD、PRE=高阻态。 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR

24、15 Cellwise copyright reserved 9 www.cellwise- 图 3. 预充电电路 异常电池检测异常电池检测 在预充电状态，任意一节电池低于异常电池检测电压（Vbad）以下时，计时器开始工作，充电三分钟 后， 若电池电压仍低于异常电池检测电压 （Vbad） ， CW1055认为该电池已损坏， PRE端子关闭预充电MOSFET， 终止充电。 均衡功能均衡功能 电池容量均衡功能用来均衡电池组中各节电池容量。 在 CW1055 系列产品中，若某一节电池电压高于平衡启动电压（Vbal），而其他电池电压低于平衡启动 电压（Vbal）时，均衡开启，外置放电回路导通。当开启放

25、电回路的电池电压降至平衡迟滞电压（Vbalhys） 以下时，或者此节电池电压达到过充检测电压（Voc），均衡关闭。 CW1055 可以最多同时开启四路均衡。所有电池都高于平衡启动电压（Vbal）时，均衡不会开启。 通过设置，CW1055 可以选择过充保护后均衡继续工作。即，电池过充保护后，电池外置均衡放电回路 仍然继续工作，当所有电池电压均低于过充解除电压（Vocr）时，CW1055 打开 CO 端 MOSFET，电池继续 充电。如此循环直至所有电池电压都在平衡启动电压（Vbal）之上。 CW1055 可选是否采用分时均衡。 分时均衡，即当均衡启动时，每个通道的均衡依次开启，单通道的开启时间8

26、ms。若两个电池同时均衡 时，每个通道各依次工作8ms。即使单通道开启瞬间电池电压低于均衡回复值，也需要做完8ms的放电电流 后再关闭。 分时均衡可以使均衡电路热耗散设计的利用率最大化，即增加平均均衡电流。 电池节数选择电池节数选择 SEL1、SEL2 是电池串联数选择端子，可以通过它们来选择电池串联数量，如下表： SEL2 SEL1 电池数量 0 0 3 0 1 4 1 0 5 1 1 5 表 5. SEL 端设置 0V 充电充电 CW1055 支持电池 0V 充电功能。 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 10 www.c

27、ellwise- 当 CW1055 的 VDD 电压小于 0V 充电开始电压 （Vov） ， 连接充电器且充电器输出电压高于 PRE 端 MOSFET 开启阈值时，预充电 MOSFET 开启，0V 电池开始充电。 延迟时间设置延迟时间设置 延迟时间是指 CW1055从检测到电压达到设定的保护阈值至 CW1055驱动 CO/DO 端输出高/低电平的时 间。 CW1055 的过充、过放、过流 1 和过流 2 保护都可以通过外部电容来设置延迟时间。 CW1055 通过内置电流源给外部电容充电，一旦电容电压达到设定的电压阈值就触发保护动作。 不同端口输出电流如下： CCT=0.2A；CDT=2A；CI

28、T=0.2A 延迟时间 T=1.6V*C/I(s) 以过充电保护为例，CCT 端连接 0.1F 的电容，延迟时间 T=(1.6*0.1/0.2A)s，即 0.8s。 其他延迟时间计算与过充保护相同。 温度保护温度保护 NTC 电阻的阻值会随着温度的变化而变化，若 RCOT、RDOT 端检测到的电压达到内部比较阈值，且维 持 Tcot/Tdot 时间，充电过温保护和放电过温保护触发。 充电过温保护后，充电 MOSFET 关断，但放电 MOSFET 打开；放电过温保护后，充放电 MOSFET 同时关 断。 过温阈值设置步骤 1 选择 NTC 电阻； 2 确定充电过温保护阈值，如：50； 3 根据

29、NTC 电阻的曲线图，找到 50对应的电阻值，如 35k； 4 使用相同阻值的正常电阻连接至 RCOT 引脚； 5 放电过温保护设置使用相同的方法，但电阻需连接至 RDOT 引脚； 6 详细电路请参考图 4，通过选择电阻来设定合适的过温保护温度 CW1055 使用一个 NTC 来达到不同的充电过温和放电过温阈值设定。 但此电路必须应用于充放电异口的 应用设计。如果充放电同口，充电过温和放电过温只能使用一个温度阈值。 CW1055 可选低温保护。 低温保护只针对充电，在 RCOT 端进行设置，设置方式与过温保护一致。 若选择低温保护，充电过温和放电过温只能使用一个温度阈值。 电池保护 IC 系列

30、产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 11 www.cellwise- 应用电路应用电路 5 串典型应用电路 CW1055 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 SEL1 VC5 CB5 VC4 CB4 VC3 CB3 VC2 CB2 VC1 CB1 VSS RDOT RCOT SEL2 VDD VM LED4 LED3 LED2 LED1 CO DO VINI CCT CDT CIT ECR R7R8 NTC R11 R12 R9

31、 R10 PRE P+ P- R13 REG R13 R2 R14 R3 R15 R4 R16 R5 R17 R6 C2 C3 C4 C5 C6 C10 C7 C8 C9 R1 C1 16 R21 R20 R19 R18 R23 Switch R22 R24 R25 图 4. 典型应用电路 外接器件推荐 符号 典型值 范围 单位 R1 200 47500 R2,R3,R4,R5,R6 200 1001000 R7*1 16 01000 k R8*1 35 01000 k R9,R10 1 0.210 M R11 5 0.11000 m R12 100 11000 R13*2 200 4.710

32、00 k R13,R14,R15,R16,R17*3 50 20470 R18,R19,R20,R21*4 10 1050 k R22 200 100470 k R23 10 1050 k R24 2 110 k 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 12 www.cellwise- R25 3 110 k C1 2.2 0.110 F C2,C3,C4,C5,C6 0.22 0.11 F C7,C8,C9 0.1 0.0110 F C10 0.47 0.11 F 表 6. 外围器件参数推荐 *1 实际电阻值由 NTC 特性决定

33、 *2 R13 电阻用于过流保护自动回复电路，它决定了最大的自动回复电流 *3 均衡电流设置，电阻大小决定了均衡电流的大小，需注意均衡电阻的耗散功率 *4 LED 限流电阻 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 13 www.cellwise- 封装图和封装尺寸封装图和封装尺寸 c 0.25 E E1 c1 c A2 A A1 电池保护 IC 系列产品 CW1055CR15 Cellwise copyright reserved 14 www.cellwise- CW1055 改版记录改版记录 日期日期 版版本本 修修改项目改项

34、目 修修改改 批准批准 2012- 07- 15 0.7 改版并重新定义过温保护的设定 曾抗 周军 2012- 07- 26 0.8 1.修改 ALBT 和 ALFT 的过流 2 和异常充电阈值 2.修改 R1R6 电阻阻值 3.优化封装和模块图 4.修改原理图，增加 VINI 电阻 Jun Bob 2012- 07- 28 0.9 优化原理图及器件参数 Jun Bob 2012- 08- 20 1.0 1. 更改 PRE 驱动能力 2. 首页添加电量显示功能 3. 修改 VM, CO, PRE 的最大额定值范围 Jun Bob 2012- 11- 13 1.1 1. 修改过放解除条件 2. 增加休眠延时功能 3. 正式版发布 曾抗 周军 2012- 12- 08 1.2 1. 增加产品选型分列栏目 2. 增加产品选型分档 3. 修改首页特性段落提示符 曾抗 周军 2013- 03- 13 1.3 1.产品选型中增加短路阈值，去掉均衡方式 2.修改短路阈值 曾抗 周军 2013- 06- 01 1.4 1.修改异常充电检测阈值 2.统一过流 2 标示 曾抗 周军 2013- 10- 15 1.5 1.添加 ALJT，ALKT，ALLT 产品型号 2.修正产品参数和精度 3.修改应用图以及部分对应的器件选型 曾抗 周军