BMS电池管理芯片BQ76920芯片手册详细解读
一：引脚功能解读
- 放电相关引脚
- DSG（Pin 1）：类型为 O（输出） ，是 Discharge FET driver（放电场效应管驱动器），用于驱动放电场效应管，控制电池放电通路的导通与截止。
- 充电相关引脚
- CHG（Pin 2）：类型为 O（输出） ，是 Charge FET driver（充电场效应管驱动器），用于驱动充电场效应管，控制电池充电通路的导通与截止。
- 电源与接地引脚
- VSS（Pin 3）：类型为 —（接地） ，是 Chip VSS（芯片接地引脚） ，为芯片提供接地电位。
- 通信引脚
- SDA（Pin 4）：类型为 I/O（输入 / 输出） ，用于与主控制器进行 I²C 通信，传输数据。
- SCL（Pin 5）：类型为 I（输入） ，用于与主控制器进行 I²C 通信，提供时钟信号。
- 温度监测引脚
- TS1（Pin 6）：类型为 I（输入） ，是 Thermistor #1 positive terminal（热敏电阻 1 正极引脚 ），连接热敏电阻，用于监测电池温度。
- 电容及稳压引脚
- CAP1（Pin 7）：类型为 O（输出） ，连接电容到 VSS，用于特定电路功能。
- REGOUT（Pin 8）：类型为 P（电源输出） ，是 Output LDO（低压差线性稳压器输出引脚），提供稳定的输出电压。
- REGSRC（Pin 9）：类型为 I（输入） ，是 Input source for output LDO（输出 LDO 的输入源引脚），为 LDO 提供输入电源。
- 电池连接引脚
- BAT（Pin 10）：类型为 P（电源输入） ，连接 Battery (top - most terminal)（电池最顶端端子 ），即电池正极连接引脚。
- 未连接引脚
- NC（Pin 11）：类型为 —（无连接） ，No connect（无连接引脚），该引脚不使用。
- 电池电压检测引脚
- VC5 - VC0（Pin 12 - Pin 17）：类型均为 I（输入） ，分别用于 Sense voltage for 5th - 1st cell positive terminal（第 5 - 1 节电池正极电压检测 ）以及 Sense voltage for 1st cell negative terminal（第 1 节电池负极电压检测 ），用于监测各节电池的电压。
- 电流检测引脚
- SRP（Pin 18）：类型为 I（输入） ，是 Negative current sense (nearest VSS)（负电流检测，靠近 VSS ），用于检测负向电流。
- SRN（Pin 19）：类型为 I（输入） ，是 Positive current sense（正向电流检测 ），用于检测正向电流。
- 报警及控制引脚
- ALERT（Pin 20）：类型为 I/O（输入 / 输出） ，是 Alert output and override input（报警输出和覆盖输入引脚） ，用于输出报警信号或作为控制信号输入。
二：芯片内部子系统介绍
2.1 测量子系统
<1> 是将电池单体电压、电池组电流（用于累计电量计算）、外部热敏电阻温度和内部芯片温度数字化。能自动累加计算电池组总电压
<2> 通过 I²C 接口将数据传输给主控制器，采用 8 位循环冗余校验码（CRC）确保数据快速可靠传输 。
<3> 芯片使用 14 位 ADC 测量电池单体电压、温度等。
<4> 在进入正常模式时自动使能 ADC，且使能后过压（OV）和欠压（UV）保护功能生效
2.2 保护子系统
为电池组提供硬件保护，在主控制器无法响应故障时起作用。集成的保护功能包括电池组级别的过压、欠压、过流、过温等故障保护 。检测到外部二次保护（如看门狗故障）时，会触发 ALERT 引脚切换 ，并根据故障类型触发放电（DSG）和 / 或充电（CHG）场效应管驱动器动作，故障恢复由主微控制器处理。
2.3 控制子系统
实现一系列实用功能，包括直接控制低端 NCH 场效应管驱动器、电池均衡驱动器、ALERT 引脚数字输出、外部低压差线性稳压器（LDO）等
三：数据测量周期
3.1 无均衡时
对于 5 个连续电池组（如 VC1 - VC5），当该组内无电池进行均衡时，每个电池在 50ms 抽取窗口测量，每 250ms 可获得完整更新数据。
3.2 有均衡时
当有电池进行均衡时，受影响电池测量周期缩短至 12.5ms，以保证均衡功能正常且不影响过压、欠压保护。因电池均衡多在充电或闲置期，此时系统噪声对测量精度影响小，所以缩短抽取周期只用于有电池均衡的电池组 。如 CELLBAL1 寄存器位全为 0 时，VC1 - VC5 测量周期为 50ms ，有位为 1 时为 12.5ms；
四：ADC
4.1 使能要求
为使集成的过压和欠压保护功能运行，需使能 ADC 。
4.2 计算公式
V(cell) = GAIN x ADC(cell) + OFFSET
GAIN 单位为 μV/LSB ，OFFSET 单位为 mV ，存储在 EEPROM 中。
4.3 计算过程
在这里我给大家计算一下第一个0x1800
1.先计算GAIN×ADC(cell)的值：
380 μV/LSB×6144=380×6144 μV=2334720 μV
2.单位转换
因为1 mV=1000 μV，所以将2334720 μV转换为mV为：2334720÷1000=2334.72 mV
3.加上偏移量OFFSET
V(cell)=2334.72 mV+30 mV=2364.72 mV≈2365 mV
4.4 切换模式等待时间
从 SHIP 模式进入 NORMAL 模式后，读取初始电池电压数据前需等待特定时间：bq76920 为 250ms
五：库仑计
5.1 功能与原理
BQ76920 内置 ：16 位积分型 ADC（库仑计数器 CC）用于测量流经电流检测电阻的累积电荷，积分周期为 250ms 。
5.2 工作模式
1.始终开启（ALWAYS ON）模式
CC 以 100% 占空比运行，每 250ms 采集一次新读数。每次读数结束设置 CC_READY 位，将 ALERT 引脚拉高通知微控制器有新读数。启用此模式需设置 [CC_EN] = 1 。
2.单次触发（1-SHOT）模式
CC 执行单次 250ms 读数，完成时类似设置 CC_READY 位。适用于主机仅需偶尔检查电池组电流的非电量计量场景。启用需确保 [CC_EN] = 0 且设置 [CC_ONESHOT] = 1 。
5.3 测量范围
CC 的满量程范围约为 ±270mV ，不过最大推荐输入范围是 ±200mV 。
保证测量的准确性和稳定性。超出推荐范围可能会导致测量误差增大甚至损坏设备。
5.4 计算
1. 计算公式
CC Reading (in µV) = [16-bit 2’s Complement Value] × (8.44 µV/LSB)
2.计算过程
- 0x0001：十六进制 0x0001 转换为十进制是 1 ，根据公式计算 CC 读数为1×8.44=8.44μV 。
- 0x2710：0x2710 转换为十进制是 10000 ，则 CC 读数为10000×8.44=84400μV 。
- 0x7D00：十进制为 32000 ，CC 读数是32000×8.44=270080μV 。
- 0x8300：它是负数的补码形式，转换为十进制是 - 32000 ，CC 读数为−32000×8.44=−270080μV 。
- 0xC350：十进制为 - 15536 ，CC 读数为−15536×8.44=−131123.84μV 。
- 0xFFFF：十进制为 - 1 ，CC 读数为−1×8.44=−8.44μV 。
六：外部热敏电阻
bq76920 可测量 1 个热敏电阻，通过内部约 3.3V 稳压源及工厂校准的 10k 上拉电阻测量，结果可从 TS1寄存器读取 。
6.1 计算公式
VTSx=(ADC in Decimal)×382 μV/LSB
RTS=(10,000×VTSx)÷(3.3−VTSx)
七：测温模式
7.1 内部芯片测温模式
芯片内部有温度模块产生与芯片温度成比例的电压，使用芯片自带的 14 位 ADC 测量该电压。通过设置 [TEMP_SEL] = 0 选择此模式。通过特定公式将 ADC 读数转换为温度值。
7.2 外部热敏电阻测温模式
设置 [TEMP_SEL] = 1 可选择该模式。
通过公式计算温度
VZ3=1.200V
VTSx=(ADC in Decimal)×382 μV/LSB
TEMPDIE=25∘−((VTSx−VZ3)÷0.0042)
切换内外温度监测模式时，因调度器更新间隔可能有 2 秒延迟。
八：电池组电压：
8.1 测量原理
将各电池电压转换为数字形式后累加，结果存于 BAT 寄存器，16 位值标称 LSB 为 1.532mV 。
8.2 电压转换
公式：
V(BAT)=4×GAIN×ADC(cell)+(#Cells×OFFSET)
GAIN 单位为μV/LSB 、OFFSET 单位为 mV ，存储在 EEPROM 中。
8.3 系统调度
主调度器管理监测间隔，每 250ms 全面更新一次，每 2 秒测一次温度，每 250ms 计算一次电池组电压。
九：保护
9.1 过流和短路保护
1. 实现原理
放电过流（OCD）和放电短路（SCD）保护通过 32 kHz 采样的模拟比较器实现。
第一步：芯片处于 NORMAL 模式时，持续监测（SRP - SRN）两端电压。
第二步：检测到超过 OCD 或 SCD 阈值电压，达到设定延迟时间且计数器达到目标值，更新 SYS_STAT 寄存器指示故障
第三步：更新场效应管（FET）状态，拉高 ALERT 引脚通知主机。
2. 阈值与延迟配置
OCD 和 SCD 保护的故障阈值及延迟设置通过 PROTECT1 和 PROTECT2 寄存器配置。
9.2 过压与欠压保护
1. 实现原理
过压（OV）和欠压（UV）保护通过将电池电压读数与 OV 和 UV 寄存器中 8 位编程阈值比较实现。
2. 阈值设置
1. 过压阈值
存储在 OV_TRIP 寄存器，是 14 位 ADC 读数的直接映射，最高 2 位预设为 “10” ，最低 4 位预设为 “1000” ，对应过压跳闸电平为 “10-XXXX-XXXX-1000” ，可编程范围约 3.15V - 4.7V ，受（GAIN, OFFSET）线性方程影响会有变化。
2. 欠压阈值
存储在 UV_TRIP 寄存器，最高 2 位预设为 “01” ，最低 4 位预设为 “0000” ，对应欠压跳闸电平为 “01-XXXX-XXXX-0000” ，可编程范围约 1.58V - 3.1V ，同样受（GAIN, OFFSET）线性方程影响。
3 特殊配置
对于 bq76920，为支持灵活电池配置，当电池读数低于UVMINIMAL时忽略欠压，允许在无需所有电池的配置中对电池引脚进行短路。
4 默认值计算
芯片进入 NORMAL 模式时，默认保护阈值和延迟载入设备数字寄存器（RAM） ，可由主机控制器改写。计算 OV_TRIP 和 UV_TRIP 寄存器值步骤如下：确定期望的 OV 和 UV 跳闸阈值；读取 [ADCGAIN] 和 [ADCoffset] 寄存器值；
计算 14 位 ADC 值：
OV_TRIP_FULL=(OV−ADCoffset)×ADCGAIN
UV_TRIP_FULL=(UV−ADCoffset)×ADCGAIN）
去除最高 2 位和最低 4 位，保留中间 8 位写入对应寄存器。
5 保护条件
若要启用这两项保护，必须将 [ADC_EN] 位设置为 1 ，即确保 ADC 处于工作状态，为 OV 和 UV 保护提供电压读数等数据支持。
十：控制子系统工作流程
主要通过控制两个MOS管的导通和关闭。CHG和DSG两个引脚分别控制其中一个。
10.1 电路原理及控制
过设置 [CHG_ON] 寄存器位为 1 可启用 CHG FET ，设置为 0 则禁用；类似地，可通过 [DSG_ON] 寄存器位来控制放电 FET 的启用与禁用。特定的故障条件或电源状态转换会清除 CHG/DSG FET 的控制状态。
1.过压（OV）故障
- [CHG_ON]：设为 0 ，即关闭 CHG FET ，防止在过压时相关电路继续工作引发危险。
- [DSG_ON]：无操作
2. 欠压（UV）故障
- [CHG_ON]：无操作。
- [DSG_ON]：设为 0 ，关闭 DSG FET ，避免在欠压情况下相关电路异常运行。
3. 过流放电（OCD）故障
- [CHG_ON]：无操作
- [DSG_ON]：设为 0 ，关闭 DSG FET ，防止过流进一步损坏电路。
4. 短路放电（SCD）故障
- [CHG_ON]：无操作
- [DSG_ON]：设为 0 ，关闭 DSG FET ，保障电路安全。
5. ALERT Override 事件
- [CHG_ON]：设为 0 ，关闭 CHG FET 。
- [DSG_ON]：设为 0 ，关闭 DSG FET 。
6. DEVICE_XREADY 置位事件
- [CHG_ON]：设为 0 ，关闭 CHG FET 。
- [DSG_ON]：设为 0 ，关闭 DSG FET 。
7. 从 NORMAL 模式进入 SHIP 模式事件
- [CHG_ON]：设为 0 ，关闭 CHG FET 。
- [DSG_ON]：设为 0 ，关闭 DSG FET 。
10.2 保护恢复机制
1. 发起方
所有保护功能的恢复操作都必须由主机微控制器发起。
2. 操作步骤
当故障发生后，若要恢复 FET（场效应晶体管 ）的正常工作，主机微控制器需先清除 SYS_STAT 寄存器中对应的状态位。这一操作会使 ALERT 引脚信号清零，之后再手动重新启用 CHG 和 / 或 DSG 位。
3. 特殊情况
对于某些故障，如过压（OV）或欠压（UV）故障，如果故障条件仍然存在，相关保护功能可能会立即重新触发。
4. FET 控制
在任何情况下，bq769x0 芯片都不会自动将 [CHG_ON] 或 [DSG_ON] 位设置为 1 ，即不会自动启用 CHG 或 DSG FET ，必须由主机微控制器进行相应设置操作 。
10.3 负载检测
1. 原理
CHG 引脚设有负载检测电路，当 CHG FET 禁用（[CHG_ON] = 0 ）时激活。
正常情况下，高阻抗（约 1 MΩ ）下拉路径使 CHG 引脚保持低电平，若外部将其拉高，表明 AFE 外部的 PACK - 引脚处于高电压状态，意味着有负载存在。
负载检测电路状态可通过读取 SYS_CTRL1 寄存器的 [LOAD_PRESENT] 位获取 。
2. 故障后操作
发生 OCD 或 SCD 故障后，DSG FET 禁用（[DSG_ON] 清除 ），同时需明确禁用 CHG FET 以激活负载检测电路。主机微控制器需定期轮询 [LOAD_PRESENT] 位，判断 PACK - 引脚状态，确定负载是否移除（[LOAD_PRESENT] = 0 表示负载移除 ）。
10.4 电池均衡
1. 均衡方式
bq76920 支持内部和外部无源电池均衡，具体均衡算法由主机控制器决定。芯片提供电池电压及均衡驱动器，内部均衡每单元电流可达 50mA ，外部均衡可使用更高电流 。
2. 激活方式
通过设置 CELLBAL1、CELLBAL2 或 CELLBAL3 寄存器中对应电池位，激活特定电池均衡通道。如设置 [CB1] 启用 VC1-VC0 电池均衡 。
3. 均衡规则
同时均衡多个电池，但相邻电池不能同时均衡，否则可能使电池引脚超过绝对最大额定值，外部均衡时也不推荐这样做。使用内部均衡时，要避免超过芯片封装功耗额定值。主机控制器需确保在 VC1-VC5不同时均衡相邻电池。
4. 占空比及影响
电池均衡总占空比约为每 250ms 的 70% 。这是因为每 250ms 中有一部分时间用于通过 ADC 进行正常电池电压测量。
当 [ADC_EN] = 1 时，电池均衡不会影响过压（OV）和欠压（UV）保护 。
因为每 250ms 电池均衡会暂时中断一小段时间用于读取电池电压，确保 OV 和 UV 保护不会误触发或漏检实际的 OV/UV 情况 。
5. 控制位清除
CELLBAL1、CELLBAL2 和 CELLBAL3 寄存器中的所有电池均衡控制位，在 DEVICE_XREADY 置位、从 SHIP 模式进入 NORMAL 模式这两种事件发生时会自动清除 。事件清除后，需主机微控制器重新写入这些控制位 。
10.5 均衡区别
1.内部均衡和外部均衡
内部均衡；指利用电池管理系统（BMS）内部电路及相关组件实现均衡功能
外部均衡；则是借助外部额外的均衡设备或电路来实现
2.主动均衡和被动均衡
主动均衡：主动将电池组中高能量电池的能量转移到低能量电池上 ，实现能量转移式均衡 ，以减小电芯之间的差距 。优点是均衡速度快、能量利用率高 ；缺点是电路较为复杂，成本较高 。
被动均衡：有选择性地闭合高能量的单体电池放电回路 ，通过回路中的电阻对电池组中能量较高的电芯进行放电 ，消耗偏高能量来实现均衡 。优点是电路结构简单，成本较低 ；缺点是能量利用率低，会增加模组散热 。
10.6 报警引脚（Alert）
1. 功能及原理
ALERT 引脚是高电平有效数字中断信号，连接主机微控制器 GPIO 端口，是 SYS_STAT 寄存器所有位的 “或” 结果 。
要清除 ALERT 信号，需先将 SYS_STAT 寄存器中源位写 “1” ，全部位清除后 ALERT 引脚自动清零。
ALERT 引脚也可由外部源驱动，如电池组中可能包含的二次过压保护 IC 。当外部强制拉高 ALERT 引脚时，设备会识别为过压警报（OVRD_ALERT ）故障并置位 [OVRD_ALERT] 位，同时自动禁用 CHG 和 DSG FET 驱动器 。但设备无法识别已因其他条件被强制拉高的 ALERT 信号输入 。
2. 保护措施
ALERT 引脚无内部去抖支持，推荐外接 500 kΩ - 1 MΩ 下拉电阻至 VSS ，还可采取使连接 IC 和组件引脚短接、在连接组件和引脚周围设保护环等措施，防止引脚受噪声或寄生瞬变干扰 。
十一：设备功能模式
11.1 NORMAL 模式
1.全功能运行状态。芯片所有模块均启用，功耗最高。
2.在此模式下，ADC（模数转换器）和 CC（可能是某种计数器或控制模块 ）可由主机微控制器开启或关闭，以灵活节能。
3.只要 ADC 启用，过压（OV）和欠压（UV）保护持续运行。
4.过流放电（OCD）和短路放电（SCD）比较器在此模式下不可禁用。
5.从 NORMAL 模式转换到 SHIP 模式，需主机发起，通过连续写入 SYS_CTRL1 寄存器的两位来实现 。
11.2 SHIP 模式
1.芯片支持的基础且最低功耗模式。
2.初始电池组组装及每次上电复位（POR ）事件后自动进入。
3.NORMAL 模式下，主机控制器可通过特定 I²C 命令序列使其进入。该模式下仅少数模块（如 VSTUP 电源和主引导检测器 ）开启。
4.从 SHIP 模式唤醒进入 NORMAL 模式，需在 TS1 引脚施加高于 VBOOT 阈值的电压 。
5. 从 NORMAL 模式进入 SHIP 模式，需按特定顺序连续写入 SYS_CTRL1 寄存器的 [SHUT_A] 和 [SHUT_B] 位（先写 [SHUT_A] = 0, [SHUT_B] = 1 ，再写 [SHUT_A] = 1, [SHUT_B] = 0 ），执行命令前这两位应先为 0 ，否则无法进入 SHIP 模式 。