锂电池保护模块说明书 HT7Q1520

Rev. 1.40
1
2021-11-23
HT7Q1520
3~8
节电池模拟前端用于锂电池保护
特性
•V IN 输入电压范围：7.5V~36V
•累加的电池电压监测器：8-1模拟多路复用器具有分压比精准度为1/n ± 0.5% •反向电流保护开关的扫描频率为100Hz •需要较少的单片机A/D 转换器通道
•5V/30mA 内部电压调整器具有±1%精准度
•工作温度范围：-40o C~+85o C •封装类型：16-pin NSOP
应用领域
•电动工具
•手持式真空吸尘器
概述
HT7Q1520是一款高压模拟前端IC ，其适用于3~8节可充电锂电池保护。

该芯片由一个累加的电池电压监测器和一个高精准度电压调整器组成。

该芯片设计可监测1~N 个电池累加的电压并输出N 分压后的电压给模拟多路复用器，分压比精准度为±0.5%。

使用反向电流保护开关可以防止回流，即使V OUT 高于V BATn 。

能够循序观察VBATn 引脚上累加的电池电压分压后的值，这有利于具有较少A/D 转换器通道的单片机。

B2~B0控制位用于选择终端输出电压，在C OUT =2.2nF 下，扫描频率最大为100Hz 。

使能引脚EN_S 用于关闭所有开关，输出电压通过内部1M Ω的下拉电阻拉低。

集成的电压调整器精准度为±1%，其为单片机提供了5V 电源和30mA 驱动电流。

电压调整器始终处于激活状态，即使EN_S 引脚被清除为逻辑低电平。

典型应用电路
注：1. 如果使用的串行电池节数少于8，需将未使用的VBATn 引脚连接到最高电压准位。

不能将VBATn
引脚浮空以免对芯片造成损害。

2. 上图中粗线处的连接应越短越好。

3. VIN 引脚不可浮空以免发生无法预期的误动作。

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功能方框图
VOUT
VREG
引脚图
VBAT8VBAT7VBAT6VOUT B2
B1B0EN_S VBAT1
VBAT5VBAT4VBAT3VBAT2VIN VREG
GND
HT7Q152016 NSOP-A
161514131211109
12345678
极限参数
建议工作范围
注：极限参数表示超过所规定范围将可能对芯片造成损害。

建议工作范围表示芯片可正常工作的条件，但不包含特定限制条件。

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V IN=36V，C REG=4.7μF，C OUT=2.2nF和Ta=+25 o C
，除非另有说明。

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Rev. 1.40I IN(STB) vs. V IN I IN(STB) vs. 温度
V REG vs. V IN V REG vs. 温度
V REG vs. 负载电流
V REG vs. 负载电流
0.9975
0.99800.99850.99900.99951.00001.00051.00101.0015-500
50100150
R a t i o
Temperature (℃)
VBAT1VBAT2VBAT3VBAT4VBAT5VBAT6VBAT7VBAT8
( 3个样本平均值)
VREG 负载瞬变(0mA ⇄30mA)电池分压比 vs. 温度
Cell 1到Cell 8电压分别为：2.5V, 4.5V, 2.5V, 4.5V, 2.5V, 4.5V, 2.5V
, 4.5V
Cell 1到Cell 8电压都等于4.2V
V OUT扫描波形(从Cell 1到Cell 8重复扫描
)
V OUT(MIN)=4.4775V, V OUT(MAX)
=4.5225V V OUT(MIN)=2.4875V, V OUT(MAX)=2.5125V 晶圆级V OUT
电压统计分布
R MIN=120kΩ, R MAX=220kΩ
晶圆级分压电阻统计分布
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功能说明
累加的电池电压监测器
如下图1所示，累加的电池电压监测器由高压开关、分压器和8-1模拟多路复用器组成。

高压开关是使用防反向电流拓扑结构实现的，在输出电压和未使用的VBAT引脚间提供了隔离。

仅在EN_S=‘H’时，B2、B1和B0引脚才用于控制P型开关S1~S8，控制真值表如下所示。

这将在VOUT引脚产生输出电压，V BATn/n ( V BATn为n串电池电压累加值)，精准度为±0.5%
，该设计可尽量减少一些失配误差。

to MCU/ADC
图1.累加的电池电压监测器功能方框图
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应用信息
VIN, VREG, VOUT 电容
建议在VIN 引脚连接一个4.7μF 输入电容 C IN ，在VREG 引脚连接一个 4.7μF 输出电容C REG 以提高输入噪声过滤及输出负载瞬变性能。

在VOUT 引脚和地之间建议连接一个2.2nF 的噪声过滤电容C OUT 。

注意连接的C OUT 电容值越大，可接受的扫描频率越低。

to MCU VDD to MCU ADC
VIN 和VBATn 尖峰抑制电阻
在VIN 和VBATn 端接入适当的尖峰抑制电阻(对应为下图中的R9和Rn )可以降低任意I/O 引脚上突增的瞬间电压和浪涌电流，使得输出的VREG 电压更为稳定。

V REG 电压可为外部单片机提供电源。

特别是当P+或 C+端接有尖峰滤波电容到
地，则VBATn 端必须要连接尖峰抑制电阻Rn 。

VIN 和VBATn 电阻的建议电阻值取决于电池单元的数量，并在表2中列出。

to MCU V DD
表2.尖峰抑制建议电阻
应注意，须为VIN 尖峰抑制电阻R9选择合适的封装，以防止其过热损坏。

R9的最大功率可以通过以下公式简单计算：
P R9.MAX = (I REG )2×R9
其中，I REG 是VREG 引脚最大输出电流。

R9是VIN 尖峰抑制电阻R9的阻值。

建议选择最大额定功率大于P R9.MAX 两倍的电阻封装。

电池电压监测扫描频率
HT7Q1520可以将累加的电池电压输出到外部单片机或A/D 转换器(MCU/ADC)以监测电池电压状态。

图2和图3分别为8节电池和5节电池应用的电池电压监测器扫描时序图。

当EN_S 接收到一个从低到高的信号时，HT7Q1520开始对VOUT 电容充电，将其从0V 充至选择的电池电压。

为了保证外部MCU A/D 转换的精准度，应等待HT7Q1520的VOUT 电容充电完成后再开始A/D 转换过程。

在EN_S 接收到由低到高信号或者电池电压监测通道改变后，建议最短等待时间为5ms 。

需注意的是累加的电池电压监测的最大扫描频率应小于100Hz ，在电压扫描完成后，可将EN_S 设置为0以节省功耗。

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EN_S
[B2:B0]
VOUT
[S8:S1]
External ADC Enable
图2. 8节电池监测时序
EN_S
[B2:B0]
VOUT
0H 1H 2H 3H 4H 4.2V 0V
V BAT1
V BAT3/3
V BAT5/5
V BAT2/2
V BAT4/4
[S8:S1]
01H 02H 04H 08H 10H 00H 00H 0H 1H
V BAT1
V BAT2/2
01H 02H
图3. 5节电池监测时序
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图4. HT7Q1520 + MCU/ADC 功能方框图
S&H (V)
t
VSH (V)
t
V OUT (V)
t
Pre-charge
Pre-charge
Pre-charge
Pre-charge
Start A/D Conversion
4.14.2
4.14.2
图5. ADC 采样建议时序
使用外部MCU ADC 取得电池电压监测器输出
当HT7Q1520处于充电或放电时，可将电池电压输出到外部MCU 以监测当前电池状态。

如下图4所示，外部单片机ADC 通过ADC 采样电容C SAMPLE (典型值5pF~ 50pF )对V OUT 电压采样。

当ADC 使用初始电压为零的C SAMPLE 电容对V OUT 采样时，
由于电荷共享效应，HT7Q1520 VOUT 电容C OUT 的电压会下降。

在ADC 完成第一次采样后，C OUT 电压降低，因此需要一段时间对C OUT 再次充电。

参照下图5，建议在对C OUT 充电时，同时对C SAMPLE 电容进行预充电。

这样在不清除C SAMPLE 中电荷的情况下进行多次采样，从而尽量减小电荷共享效应。

为了达到最好的转换精准度，需等待C OUT充电完成后再开始A/D转换。

表3列出了从第一次采样到开始A/D
转换，所需要的最小等待时间。

表3. ADC等待时间建议值
抑制电压尖峰的方法
图6. 典型 BMS 放电路径简化图
大多数电池管理系统会监测充放电电流，防止过大电流损坏。

由于导线和PCB布局连接线上的寄生电感，当MCU控制的MOS快速关闭充放电电流时，可能会产生较大的电压尖峰，这种尖峰有可能损坏HT7Q1520的VBATn或VIN引脚。

VBATn或VIN引脚上的任何电压峰值都不应超过极限参数给出的最大额定值（40V）的限制。

下面给出了四种建议措施可用于降低电压峰值。

1. 确保充放电大电流经过的外部导线和PCB布局连接线尽可能的短。

2. 利用栅极电阻R G调节MOS开关的转换
速率。

以较慢的转换速率关闭MOS可降低电压峰值，其代价是较长的保护响应时间。

3. 如图6所示，在MOS开关的漏极和源
极之间连接一个电容 (C DS)。

建议的电容值为0.1μF~0.22μF。

4. 在电池的最高电势结点与地之间连接一
个 39V 稳压二极管。

PCB布局注意事项
为了减少噪声和抑制电压尖峰，可参考以下布局/铺线指南。

1. VIN滤波电容和电阻须尽量靠近VIN引
脚。

【(A)区】
2. VREG调整和噪声滤波电容须尽量靠近VREG引脚。

【(B)区】
3. VOUT噪声滤波电容须尽量靠近VOUT
引脚。

【(C)区】
4. 在VIN和VREG线之间放置一条地线，
可提高抗浪涌能力。

5. 有大电流经过的走线应宽且短，以抑制MOS开关切换开/关状态时产生的电压尖峰。

6. 为了减少噪声干扰，电源地和信号地应
连接到最终输出Pad (B-)处。

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评估板
(A)
(B)
(C)
图7. HT7Q1520评估板示意图
(A)
(B)
(C)
图8. HT7Q1520评估板布局
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发热注意事项
最大功耗取决于IC 封装的热阻、PCB 布局、周围气流速率以及结点与环境之间所允许的温差。

最大功耗可以由下列公式计算：
P D(MAX)=(T J(MAX) – Ta)/θJA (W)
其中，T J(MAX) 表示最大结温，Ta 是环境温度，θJA 是IC 封装结点到环境的热阻。

最大额定工作条件下，结温最大值为125˚C 。

但一般建议正常工作时结温最大值不要超过125˚C ，从而保证芯片的可靠性。

最大功耗的降额曲线如下图所示：
P D(MAX)=(125o C – 25o C)/(100o C/W)=1.0W (16NSOP)
当最大结温T J(MAX)固定为125˚C 时，最大功耗取决于工作环境温度以及封装的热阻θJA 。

下面的降额曲线显示了环境温度升高对最大建议功耗的影响。

25
50
75
100125
0.20.60.80Ambient Temperature (o
C)
M a x i m u m P o w e r D i s s i p a t i o n (W )
85
1.01.20.4
应用电路
8节电池监测应用电路
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5节电池监测应用电路
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3节电池监测应用电路
注：1. 如果使用的串行电池节数少于8，需将未使用的VBATn引脚连接到最高电压准位。

不能将VBATn 引脚浮空以免对芯片造成损害。

2. 有关R9、R1、R2和R3电阻的选择，参考“VIN和VBATn尖峰抑制电阻”章节了解更多详细信息。

3. VIN引脚不可浮空以免发生无法预期的误动作。

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封装信息
请注意，这里提供的封装信息仅作为参考。

由于这个信息经常更新，提醒用户咨询Holtek 网站以获取最新版本的封装信息。

封装信息的相关内容如下所示，点击可链接至Holtek网站相关信息页面。

•封装信息(包括外形尺寸、包装带和卷轴规格)
•封装材料信息
•纸箱信息
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16-pin NSOP (150mil) 外形尺寸
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