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CXDR75147 2至5节串联电池电量计与保护方案 | VGCS算法 | 高精度 | SMBus | VQFN-32L - 嘉泰姆电子
| 产品型号： | CXDR75147 |
| 产品类型： | 电压检测/复位IC |
| 产品系列： | 电池电量计 |
| 产品状态： | 量产 |
| 浏览次数： | 8 次 |
产品简介
技术参数
| 输入电压范围 (VIN) | 2.8 - 26V |
|---|---|
| 工作频率 | 1MHz |
| 转换效率 | 95% |
| 封装类型 | VQFN4x4-32 |
| Detection voltage | 26 |
| Detection accuracy | ±1% |
| Reset delay | 200ms |
| Output type | 电池电量计 |
| Detection direction | 上升沿/下降沿 |
| Temperature range | -40℃~125℃ |
| Features | 2-5 Series Cell Fuel Gauge with Integrated Protector Solution for Li-Ion Battery Packs |
| Application | 电池电量计 |
| Power consumption | 1μA |
| Number of Series Cells | 2;3;4;5 |
| Communication Interface | SMBus |
产品详细介绍
CXDR75147 2至5节串联电池电量计与保护方案
VGCS算法 | 高精度 | 自主均衡 | 多重保护 | SMBus | VQFN-32L
版本：Rev 1.0 | 2026年7月 | 型号：CXDR75147 | 封装：VQFN-32L（4×4mm）
技术咨询：ouamo18@jtm-ic.com 或致电 13823140578 (嘉泰姆电子)
嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的 CXDR75147 是一款高度集成的2至5节串联锂离子电池电量计与保护解决方案，集成了高精度模拟外设、自主电芯均衡、多重安全保护及充电控制功能。芯片采用 VoltaicGauge with Current Sensing（VGCS） 算法，精确计算并维护电池组的可用容量、电压、电流和温度，并通过 SMBus接口 向系统主控制器报告电池包参数。电压测量精度 ±3mV，电流测量精度 ±0.5%，温度测量精度 ±1°C（0~45°C）。芯片支持完整的软硬件保护（过压、欠压、过温、过流等），并提供 SHA-1/SHA-256/ECC 认证，防止电池克隆。内置 FUSE驱动器 可永久禁用电池包。支持 Intel DBPT V2.0 动态电池功率技术、IATA 运输合规、LED显示驱动 和 黑匣子记录器。采用 VQFN-32L（4×4mm） 封装，是笔记本、电动工具、无人机、医疗设备等应用的理想选择。
1. 产品概述与市场定位
CXDR75147是一款面向2至5节串联锂离子/锂聚合物电池组的全面电量计与保护方案，适用于笔记本、电动工具、无人机、平板、UPS/电池备份系统、医疗设备、手持吸尘器及机器人等应用。芯片集成高精度ADC、自主电芯均衡电路、高侧N-MOSFET驱动器、FUSE驱动及灵活的GPIO，可满足电池包的完整管理需求。VGCS算法基于电压和电流信息，提供精确的荷电状态（SOC）估算，无累积误差，并具备温度和负载补偿及老化补偿功能。多重保护包括硬件级和软件级的过压、欠压、过温、过流保护，以及二次安全保护（可通过FUSE永久禁用电池包）。芯片支持多种工作模式（正常、休眠、深度休眠、关断），功耗低至1.6μA（关断模式）。CXDR75147采用VQFN-32L（4×4mm）封装，是高性能电池管理系统的优选方案。
2. 主要特点与技术亮点
- 高精度测量：电压±3mV，电流±0.5%，温度±1°C（0~45°C），支持0.5mΩ至10mΩ采样电阻。
- VGCS算法：基于电压核心，结合电流补偿，无累积误差，SOC稳定精确，支持温度和老化补偿。
- 自主电芯均衡：内置旁路开关，支持电压基和SOC基均衡，可同时均衡多节电芯，最大旁路电流10mA（可外扩）。
- 全面保护：硬件级（过放短路、充电短路）和软件级（过压、欠压、过温、过流、预充超时、看门狗等）保护，以及二次安全保护（FUSE驱动）。
- 多种工作模式：正常（240μA）、休眠（70~125μA）、深度休眠（30μA）、关断（1.6μA），满足不同功耗需求。
- 灵活配置：可配置VOUT（1.5V~3.3V），支持5路外部NTC温度检测，LED显示驱动（6段），PTC MOSFET温度监测。
- 通信与认证：SMBus接口支持1MHz，兼容SBS命令，支持SHA-1/SHA-256/ECC认证，防克隆。
- 附加功能：Intel DBPT V2.0、IATA支持、黑匣子记录器、寿命数据记录、电池跳变点（BTP）、紧急关断、系统存在检测等。
3. 引脚配置与功能说明
图1. CXDR75147 引脚封装图（VQFN-32L，4×4mm，顶视图）
32引脚VQFN，4×4mm，底部散热焊盘。关键引脚：VC1-VC4（电芯电压检测）、BAT（电池正极）、CSP/CSN（电流检测）、PACK（充电器/负载检测）、CHG/DSG（充放电MOSFET驱动）、FUSE（保险丝驱动）、SMBus（SMBC/SMBD）、TS1-TS5（温度检测）、VOUT（辅助LDO）、LEDCNTLA/B/C（LED驱动）等。
CXDR75147主要引脚包括：VC1~VC4（电芯电压检测，串联连接）、BAT（电池正极，连接最高节电芯）、CSP/CSN（电流采样电阻差分输入）、PACK（充电器/负载检测）、CHG/DSG（充放电N-MOSFET栅极驱动）、PCHG（预充电PMOS驱动）、FUSE（保险丝驱动输出）、PBI（备用电源输入）、VOUT（可配置辅助LDO输出）、TS1~TS5（外部NTC输入）、PTC/PTCEN（MOSFET过温检测）、LEDCNTLA/B/C（LED扫描控制）、SMBC/SMBD（SMBus时钟/数据）、PRES（系统存在检测）、BTP_INT（电池跳变点中断）、SHUTDN（紧急关断）、DISP（LED显示使能）等。详细引脚定义见数据手册。
4. 极限参数与电气特性
| 符号 | 参数 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VCC, PBI | 电源引脚 | -0.3 | 30 | V |
| PACK, PRES, BTP_INT, DISP | 逻辑引脚 | -0.3 | 30 | V |
| SMBC, SMBD | SMBus引脚 | -0.3 | 30 | V |
| VCn（n=1~4） | 电芯电压引脚 | VSS-0.3 | VSS+30 | V |
| CSP, CSN | 电流检测 | -0.3 | 0.3 | V |
| CHG, DSG | 驱动输出 | -0.3 | 36 | V |
| FUSE | 保险丝驱动 | -0.3 | 30 | V |
| TJ | 结温 | - | 150 | °C |
| TSTG | 存储温度 | -65 | 150 | °C |
| ESD（HBM） | 人体模型 | - | 2 | kV |
| PD（TA=25°C） | 功耗 | - | 3.59 | W |
| θJA | 热阻 | - | 27.8 | °C/W |
| 参数 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| VBAT电压 | 2.8 | - | 26 | V |
| PACK电压 | 0 | - | 26 | V |
| CSP/CSN差分 | -0.2 | - | 0.2 | V |
| 环境温度 | -40 | - | 85 | °C |
| 结温 | -40 | - | 125 | °C |
| 参数 | 条件 | 典型值 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 正常模式电流 | CHG/DSG导通，无Flash写 | 240 | μA |
| 休眠模式电流（CHG off, DSG on） | - | 125 | μA |
| 休眠模式电流（CHG off, DSG off） | - | 70 | μA |
| 深度休眠模式电流 | - | 30 | μA |
| 关断模式电流 | - | 1.6 | μA |
| 电压测量误差 | - | ±3 | mV |
| 电流测量误差 | 0.5mΩ~10mΩ | ±0.5 | % |
| 温度测量误差（0~45°C） | 外部NTC | ±1 | °C |
| CHG导通电压 | - | 10 | V |
| DSG导通电压 | - | 10 | V |
| VOUT可编程范围 | - | 1.5 – 3.3 | V |
| VOUT输出电流 | - | 6 | mA |
| SMBus频率 | - | 1 | MHz |
| 内部温度传感器误差 | - | ±3 | °C |
| 电池均衡旁路电流（内置） | - | 10 | mA |
5. 工作原理与设计指导
5.1 电量计（Fuel Gauge）
CXDR75147采用VGCS（Voltaic Gauge with Current Sensing）算法计算电芯荷电状态（SOC）。该算法以电压为核心，通过迭代电池电压和动态电压差，结合电流信息优化SOC增量并积分得到总SOC。算法包含温度和负载补偿、老化补偿，提供短期精确性和长期稳定性。SOC更新周期在正常模式下为250ms。
5.2 电源模式
芯片支持四种电源模式：正常（240μA，250ms更新）、休眠（70~125μA，可调周期，默认5s）、深度休眠（30μA，60s更新，关闭SMBus）和关断（1.6μA）。休眠和深度休眠具有唤醒功能（检测电流或充电器插入）。
5.3 测量与保护
集成高精度ADC测量电压（电芯、PACK、MOSFET压降）、电流（支持0.5mΩ~10mΩ采样电阻）和温度（内部+5路外部NTC）。提供完整的软件和硬件保护：软件保护包括电芯过/欠压、充/放电过流（2级）、充/放电过温/欠温、预充超时、看门狗等；硬件保护包括放电过流、充电短路、放电短路（2级）。
5.4 电芯均衡
内置旁路开关，支持电压基和SOC基均衡，可在充电或静置时同时均衡多节电芯。内置旁路电流最大10mA，可外接电路扩流。均衡算法自动确定需旁路的容量。
5.5 充电控制
支持JEITA温度范围（7级温度，3级电压），具有双向迟滞。根据温度/电压范围调整充电电压和电流，并通过SMBus广播给智能充电器。支持预充和零电压充电，充电抑制和暂停功能。
5.6 辅助LDO（VOUT）
可配置输出1.5V~3.3V，最大6mA，用于驱动常开电路（如RTC）和GPIO供电。在深度休眠模式下可保持输出，在电池欠压或过温等条件下关闭。
5.7 负载与充电器检测
通过PACK引脚电压和内部电流源检测负载是否存在；通过比较BAT与PACK电压差检测充电器是否插入，防止MOSFET持续切换。
5.8 二次安全与认证
FUSE引脚可驱动外部保险丝，在发生严重故障（如永久性电芯过压、过温、MOSFET故障等）时永久禁用电池包。支持SHA-1/SHA-256/ECC认证，防止电池克隆。
5.9 附加功能
黑匣子记录器（记录最近3次永久故障）、寿命数据日志（记录最大/最小电压、电流、温度、事件次数等）、Intel DBPT V2.0（提供可用最大功率/电流）、IATA支持、LED显示（6段，可显示剩余容量或故障代码）、BTP（电池跳变点中断）、紧急关断、系统存在检测等。
6. 典型应用电路
图2. 典型应用电路（4节串联电池组）
外围元件：电芯电压检测RC滤波器（100Ω + 0.1μF）、电流采样电阻（0.5mΩ~10mΩ，低TCR）、充放电N-MOSFET（30V低Ron）、预充电P-MOSFET、保险丝（可选）、PBI电容（2.2μF）、VOUT输出电容（1μF）、NTC热敏电阻（10kΩ，B=3435K）、LED（6颗）、SMBus ESD保护（TVS+火花隙）、PTC热敏电阻（MOSFET温度监测）等。详细电路参考数据手册图13-19。
7. PCB布局建议
- 电芯电压Kelvin连接：VC1~VC4和VSS必须从每节电芯正负极直接引出（Kelvin检测），避免大电流路径上的IR压降影响电压精度。
- 电流检测Kelvin连接：CSP和CSN差分走线直接从采样电阻两端引出，走线对称，输入滤波器（100Ω + 0.1μF）靠近IC放置。
- PBI电容：2.2μF电容必须尽量靠近PBI引脚放置。
- BAT走线：BAT到最高节电芯正极的阻抗应小于0.3Ω（5节），走线宽而短。
- CHG/DSG MOSFET：铺设宽铜箔以降低电感，旁路电容靠近MOSFET放置。
- 通信接口ESD：在SMBC/SMBD连接器处放置火花隙（间距0.2mm，外层无覆盖）和TVS管。
- 接地：VSS和散热焊盘连接至大面积地平面，多过孔散热。θJA=27.8°C/W，TA=25°C时最大功耗3.59W。
- NTC放置：TS1~TS5的NTC尽量靠近电池或MOSFET，远离发热元件。
- LED与GPIO：LEDCNTL引脚悬空（若不用），DISP接地。
8. 电动工具电池管理设计实例
目标：设计一款5节串联锂离子电池包（标称18V，5S1P，容量2000mAh），用于电动工具，要求精确的电量计、充放电保护、均衡及通信功能。
- 硬件连接：5节电芯串联，VC1~VC5（BAT）分别连接各节电芯正极，VC1~VC4之间串联100Ω电阻和0.1μF电容滤波；电流采样电阻选2mΩ（额定电流20A，峰值40A）；充放电MOSFET选30V/60A低Ron器件，CHG/DSG驱动电压10V；预充电PMOSFET；FUSE连接化学保险丝；PBI电容2.2μF；VOUT设置为3.3V，为外部RTC供电；TS1~TS3连接电芯NTC，TS4连接MOSFET NTC，TS5连接环境温度；6段LED显示剩余容量。
- 保护配置：软件保护（电芯OV 4.25V、UV 2.8V、充/放电OCP（2级）、充/放电OTP/UTP、预充超时等），硬件保护（放电SCP、充电SCP等）。二次保护通过FUSE触发（永久故障时熔断）。
- 均衡策略：启用SOC基均衡，在充电末期和静置时进行，内置旁路电流10mA。
- 通信：SMBus（1MHz）与电动工具主机通信，报告SOC、SOH、电压、电流、温度、故障状态等，支持BTP中断和DBPT V2.0功率管理。
- 认证：启用SHA-256认证，确保电池包原装性。
- 低功耗：工具待机时进入休眠模式（70μA），运输时进入深度休眠（30μA）或关断（1.6μA）。
9. 订购信息与技术支持
CXDR75147采用VQFN-32L（4×4mm）封装，无铅、RoHS合规。提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持。
技术邮件: ouamo18@jtm-ic.com | 技术热线: 13823140578
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