bq76930 是德州儀器 (Texas Instruments) 推出的專用電源管理集成電路（Battery Management IC，簡稱 BMS IC），其主要功能是用于鋰離子電池組的電池監(jiān)測與保護。bq76930 可以監(jiān)控多節(jié)串聯(lián)電池的電壓、溫度，并提供過壓、欠壓、過流等多種保護功能，從而提高鋰電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。由于其功能強大且專為電池管理系統(tǒng)設(shè)計，bq76930 廣泛應(yīng)用于電動車、儲能設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等場景。

本文將詳細介紹 bq76930 的型號、工作原理、技術(shù)特點、應(yīng)用領(lǐng)域及其主要參數(shù)。

1. bq76930的型號概述

bq76930 是德州儀器推出的一款高集成度的電池監(jiān)控和保護芯片，主要用于鋰離子電池組。它屬于 bq769x0 系列產(chǎn)品之一，該系列包含以下幾種主要型號：

• bq76920：支持 3 到 5 節(jié)電池組。

• bq76930：支持 6 到 10 節(jié)電池組。

• bq76940：支持 9 到 15 節(jié)電池組。

在這些型號中，bq76930 是針對 6 到 10 節(jié)串聯(lián)電池組的解決方案，因此特別適合中等規(guī)模的電池應(yīng)用場景，如電動自行車、工業(yè)設(shè)備和小型儲能系統(tǒng)。每個型號的區(qū)別主要在于其支持的電池節(jié)數(shù)和相應(yīng)的電壓監(jiān)控能力，但其工作原理和核心功能相似。

2. bq76930 的工作原理

2.1 電池電壓監(jiān)測

bq76930 內(nèi)部集成了多通道的 ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，能夠?qū)崟r監(jiān)測每節(jié)電池的電壓。通過每個電池串聯(lián)的檢測電阻，bq76930 采集到的電壓信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后，精確測量每節(jié)電池的電壓水平。芯片支持的電池電壓范圍為 2.5V 到 4.3V，能有效應(yīng)對鋰離子電池的正常工作區(qū)間。

2.2 電池溫度監(jiān)控

除了電壓監(jiān)控之外，bq76930 還支持多達 3 個溫度傳感器通道。外接的熱敏電阻可以安裝在電池組內(nèi)，用于實時監(jiān)測電池的溫度變化。一旦溫度超過設(shè)定的閾值，芯片會立即發(fā)出報警信號，啟動相應(yīng)的保護措施。

2.3 過壓、欠壓保護

bq76930 通過對電池電壓的持續(xù)監(jiān)控，提供過壓和欠壓保護。一旦某一節(jié)電池的電壓超過設(shè)定的過壓閾值，芯片將觸發(fā)過壓保護電路，斷開充電回路以保護電池。同樣地，當電壓低于欠壓閾值時，芯片會觸發(fā)欠壓保護，防止電池過度放電。

2.4 過流、短路保護

bq76930 通過監(jiān)測電池組的放電電流，提供過流和短路保護功能。芯片能夠檢測到異常的電流變化，如放電電流過大或短路情況，并迅速響應(yīng)以切斷電池與負載的連接，防止電池過熱或損壞。

2.5 內(nèi)部均衡電路

bq76930 集成了被動均衡電路，可以自動平衡每節(jié)電池的電壓差異，確保電池組的各個電池在充電過程中保持一致性。均衡電路通過將高電壓電池的多余能量通過電阻耗散掉，從而達到均衡的效果。

3. bq76930 的技術(shù)特點

3.1 高集成度

bq76930 集成了電池電壓監(jiān)控、溫度監(jiān)控、過壓欠壓保護、過流保護、短路保護、以及電池均衡等多種功能，極大簡化了電池管理系統(tǒng)的設(shè)計。這種高集成度特性降低了外部元件的數(shù)量，節(jié)省了 PCB 空間和成本。

3.2 可擴展性

bq76930 的設(shè)計允許多個芯片級聯(lián)以支持更大規(guī)模的電池組。通過與其他電池監(jiān)控芯片級聯(lián)使用，可以支持超過 10 節(jié)電池組的應(yīng)用場景。這種可擴展性使得 bq76930 能夠適應(yīng)從小型到大型電池組的多種需求。

3.3 支持 I2C 通信

bq76930 通過 I2C 通信接口與外部微控制器或主機系統(tǒng)連接，主機可以實時獲取每節(jié)電池的電壓、溫度信息以及報警狀態(tài)，從而實現(xiàn)對電池組的智能監(jiān)控和管理。I2C 通信具有較高的靈活性和可擴展性，適合各種嵌入式系統(tǒng)。

3.4 低功耗

在電池管理系統(tǒng)中，功耗是一個非常關(guān)鍵的設(shè)計因素。bq76930 在待機模式下的功耗非常低，能夠延長電池組的使用壽命，特別適合需要長時間待機的應(yīng)用場景。

3.5 保護功能齊全

bq76930 提供了全面的保護功能，包括過壓、欠壓、過流、短路和溫度保護。這些保護功能確保電池在異常工作條件下不會損壞，同時也提高了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

4. bq76930 的應(yīng)用領(lǐng)域

由于 bq76930 的強大功能和可靠性能，它在許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在需要精確監(jiān)控和保護鋰離子電池的系統(tǒng)中。以下是一些主要的應(yīng)用場景：

4.1 電動自行車與電動滑板車

電動自行車和電動滑板車通常采用多節(jié)鋰電池串聯(lián)作為動力源，這些電池組需要可靠的監(jiān)控與保護系統(tǒng)。bq76930 的多節(jié)電池監(jiān)控、過壓過流保護、溫度監(jiān)控和電池均衡功能使其成為這一領(lǐng)域的理想選擇。

4.2 儲能系統(tǒng)

在儲能應(yīng)用中，如太陽能或風(fēng)能儲存系統(tǒng)，電池的安全性和性能至關(guān)重要。bq76930 可以確保儲能電池在充放電過程中的安全性，防止電池過充、過放或短路，從而延長電池的使用壽命。

4.3 醫(yī)療設(shè)備

許多便攜式醫(yī)療設(shè)備，如便攜式心電監(jiān)護儀和電動輪椅，也依賴鋰電池提供電源。bq76930 提供的精確電池監(jiān)控和保護功能能夠確保這些設(shè)備在使用過程中不會因為電池問題而出現(xiàn)故障。

4.4 工業(yè)設(shè)備

工業(yè)領(lǐng)域中使用的大型電池組也可以采用 bq76930 進行管理和保護。其可靠的性能和可擴展性使其適合多種工業(yè)應(yīng)用場景，包括機器人、便攜式工具和不間斷電源 (UPS) 系統(tǒng)。

5. bq76930 的關(guān)鍵參數(shù)

以下是 bq76930 的主要技術(shù)參數(shù)：

• 支持電池節(jié)數(shù)：6 至 10 節(jié)串聯(lián)電池

• 電壓監(jiān)測范圍：2.5V 到 4.3V

• 溫度監(jiān)測通道：3 個外部熱敏電阻輸入

• 過壓閾值范圍：可配置

• 欠壓閾值范圍：可配置

• 過流保護：支持

• 短路保護：支持

• 均衡電流：支持被動均衡

• 通信接口：I2C

• 靜態(tài)電流：低至 10 μA (待機模式)

• 工作電流：典型值為 100 μA

• 工作溫度范圍：-40°C 至 85°C

• 封裝類型：TSSOP-30

6. bq76930 的優(yōu)勢與局限性

6.1 優(yōu)勢

• 高度集成的功能：電壓、溫度監(jiān)控以及全面的保護功能集成在單一芯片中。

• 靈活的配置選項：可根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整過壓、欠壓、過流等保護閾值。

• 支持多節(jié)電池監(jiān)控：適合中等規(guī)模的電池組應(yīng)用。

• 低功耗設(shè)計：適合電池供電的嵌入式應(yīng)用，延長電池使用壽命。

• 可擴展性強：通過級聯(lián)多個芯片，bq76930 能夠支持更多的電池串聯(lián)，適應(yīng)更大容量和電壓的電池組需求。

6.2 局限性

盡管 bq76930 功能強大且應(yīng)用廣泛，但在某些場景下仍有一定局限性：

• 不支持主動均衡：bq76930 僅提供被動均衡功能，即通過消耗多余能量來平衡電池電壓。在一些高端應(yīng)用中，主動均衡能夠更有效地將能量從高電壓電池轉(zhuǎn)移至低電壓電池，進一步提高電池組的能量利用率。

• 對外部組件要求較高：雖然芯片本身集成度很高，但完整的電池管理系統(tǒng)仍需要外接熱敏電阻、電阻分壓器、MOSFET 等外部元件，設(shè)計過程中需要注意元件的精度和兼容性。

• 通信接口有限：bq76930 僅支持 I2C 通信接口，在一些需要高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用中可能會受到限制。此外，I2C 通信在較長距離或復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下易受干擾，不如 SPI 或 CAN 總線那樣具有較強的抗干擾能力。

7. bq76930 的典型應(yīng)用電路設(shè)計

為使 bq76930 能夠充分發(fā)揮其電池管理功能，設(shè)計一個完整的電池管理系統(tǒng) (BMS) 電路時需要考慮多個關(guān)鍵部分。以下是一個典型的應(yīng)用電路設(shè)計的組成部分：

7.1 電池電壓檢測電路

電池電壓的精確檢測是 bq76930 的核心功能之一。電池組中的每一節(jié)電池通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)連接到 bq76930 的電壓檢測輸入端口，電阻分壓可以確保輸入電壓在芯片規(guī)定的范圍內(nèi)。根據(jù)所監(jiān)測的電池節(jié)數(shù)來選擇合適的分壓比，以保證電池的電壓精度。

7.2 溫度檢測電路

外部熱敏電阻 (NTC) 被連接到 bq76930 的溫度傳感器輸入端口。根據(jù)電池組的大小和應(yīng)用的不同，可以使用 1 到 3 個溫度傳感器，分別放置在電池組的不同位置，以實現(xiàn)對電池溫度的全面監(jiān)控。

7.3 保護電路

為了實現(xiàn) bq76930 的過壓、欠壓、過流等保護功能，通常需要與 MOSFET、繼電器或其他保護器件配合使用。例如，N溝道 MOSFET 常用于充放電控制，通過 bq76930 觸發(fā) MOSFET 的開關(guān)動作來斷開或連接電池組與外部電路，以實現(xiàn)保護功能。

7.4 均衡電路

bq76930 支持每節(jié)電池的被動均衡功能。在實際應(yīng)用中，需要為每節(jié)電池配置均衡電阻和開關(guān)元件（如場效應(yīng)管或二極管），以實現(xiàn)電池組電壓的一致性。均衡電路工作時，bq76930 會根據(jù)每節(jié)電池的電壓差異決定是否啟動均衡過程。

7.5 通信接口電路

bq76930 通過 I2C 接口與外部微控制器或系統(tǒng)主控單元通信。I2C 接口的時鐘和數(shù)據(jù)線通常需要通過上拉電阻與供電電壓連接，以確保通信的穩(wěn)定性。在設(shè)計過程中，需要選擇合適的上拉電阻值以匹配總線的傳輸速度和電路布局。

8. bq76930 與其他電池管理 IC 的對比

與 bq76930 類似的電池管理 IC 在市場上有很多，例如 Linear Technology (現(xiàn)為 Analog Devices) 的 LTC6803 系列、Maxim Integrated 的 MAX11068 等。下表列出了一些常見的電池管理 IC 與 bq76930 的對比。

從對比可以看出，bq76930 在電池節(jié)數(shù)和均衡方式上雖然相對較為基礎(chǔ)，但其低功耗和高性價比使其在中小型電池組應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。對于需要更高級均衡和更復(fù)雜通信接口的應(yīng)用，LTC6803 和 MAX11068 等芯片可能是更好的選擇。

9. 設(shè)計與應(yīng)用中的注意事項

在使用 bq76930 設(shè)計電池管理系統(tǒng)時，有一些關(guān)鍵的設(shè)計注意事項可以幫助優(yōu)化系統(tǒng)性能，并確保電路設(shè)計的穩(wěn)定性。

9.1 電源管理

bq76930 的工作電壓范圍為 6V 至 30V，通常直接從電池組供電。在設(shè)計時需要注意為芯片提供穩(wěn)定的電源，同時確保電源軌上的噪聲不會干擾電壓和溫度的測量精度?？梢酝ㄟ^增加去耦電容和適當?shù)臑V波電路來減少電源噪聲。

9.2 散熱設(shè)計

在大電流充放電的場景下，電池和保護電路中的元件會產(chǎn)生較多的熱量，可能影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為避免溫度過高影響 bq76930 的測量精度，設(shè)計中應(yīng)充分考慮散熱措施，如增加散熱片、風(fēng)扇，或設(shè)計合理的 PCB 布局以提升散熱效果。

9.3 可靠的通信

I2C 通信接口相對簡單易用，但在高噪聲環(huán)境或復(fù)雜的電路布局中，通信可能會受到干擾。為了確保通信的可靠性，可以使用屏蔽線或更高精度的通信總線，如 SPI 或 CAN。此外，還需要選擇適當?shù)纳侠娮柚祦泶_保通信穩(wěn)定性。

9.4 均衡電路設(shè)計

均衡電路設(shè)計時需要注意均衡電流的選擇，均衡電流過大會導(dǎo)致電池發(fā)熱，過小則影響均衡效果。通常建議根據(jù)電池組容量選擇合適的均衡電流，以確保電池電壓差異在充電過程中的可控范圍內(nèi)。

9.5 保護功能配置

bq76930 的過壓、欠壓、過流等保護閾值可以通過外部電阻進行配置。在設(shè)計過程中，需要根據(jù)電池的具體規(guī)格選擇合適的閾值，以保證電池在工作過程中不會因誤保護而頻繁斷開。

10. 未來的改進方向

盡管 bq76930 已經(jīng)在多個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但隨著電池技術(shù)的快速發(fā)展和電池管理需求的提高，未來可能需要進一步優(yōu)化其功能和性能：

• 增加主動均衡功能：未來的電池管理 IC 可能會集成更高效的主動均衡功能，以提高電池組的能量利用率。

• 優(yōu)化通信接口：為適應(yīng)更大規(guī)模的電池管理系統(tǒng)，可以考慮引入更高速、更抗干擾的通信接口，如 CAN 或 RS485。

• 提升功耗表現(xiàn)：盡管 bq76930 的功耗已經(jīng)很低，但隨著物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備的發(fā)展，進一步降低功耗將有助于提升系統(tǒng)的待機時間和續(xù)航能力。

• 智能化管理：未來的電池管理系統(tǒng)可能會集成更多智能化的功能，如 AI 驅(qū)動的電池健康管理、預(yù)測性維護等。

結(jié)論

bq76930 作為一款專為鋰離子電池管理設(shè)計的專用電源管理 IC，以其高集成度、低功耗、靈活的配置和全面的保護功能，在中小型電池組應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。它不僅能夠確保電池的安全性，還能延長電池的使用壽命，是電動自行車、儲能系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備等多個領(lǐng)域的理想解決方案。

然而，bq76930 也有一些局限性，如不支持主動均衡、通信接口單一等。在未來的應(yīng)用中，可能需要更多技術(shù)創(chuàng)新和改進，以滿足更復(fù)雜的電池管理需求