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[代理] 高边驱动电池电压电流采集保护AFE芯片(DVC1110/14/17/24)

高边驱动电池电压电流采集保护AFE芯片，国产车规级BCD工艺BMS模拟前端采集保护芯片DVC11xx系列集成电荷泵，支持高边充电和放电 NFET 驱动，集成高边预充电和预放电 PFET 驱动DVC1114(5~14串)，DVC1117(5~17串)，DVC1124(5~24串)，单晶圆产品，原理相同向下兼容通用，电压采集精度±2-5mV，电流采样精度±200μV，符合新国标高边设计应用。18V，24V，36V，48V，60V，72V 磷酸铁锂/三元锂/钛酸锂/纳离子等电池组

DVC1114(5~14串)，DVC1117(5~17串)，DVC1124(5~24串)，单晶圆产品，原理相同向下兼容通用，电压采集精度±2-5mV，电流采样精度±200μV，符合新国标高边设计应用。

特点

 集成电荷泵，支持高边充电和放电 NFET 驱 动

 集成高边预充电和预放电 PFET 驱动

 两个独立的 ADC

 支持电压和电流同时采样

 高精度电池电压测量

 高精度库仑计

 支持内部传感器和最多 6 个外部热敏电

阻进行温度测量

 电池采样引脚具有 132V 耐压，支持乱序上电及热插拨

 集成电池被动均衡驱动器

 集成多种硬件保护

 电池过压保护(COV)

 电池欠压保护(CUV)

 两级充电过流保护(OCC1/OCC2)

 两级放电过流保护(OCD1/OCD2)

 放电短路保护(SCD)

 3 种电源模式(典型值)

 正常模式:~270μA

 休眠模式:~60μA

 关机模式:~1μA

 支持多种休眠模式唤醒功能

 I2C 通信唤醒

 定时唤醒

 充/放电流检测唤醒

 第 2 级充/放电过流唤醒

 放电短路唤醒

 充电器检测唤醒

 3.3V/50mA LDO 供外部系统使用

 100kHz I2C 通信接口，支持 CRC 校验和从机地址硬线配置

 LQFP48(7mm×7mm)封装

应用

 电动自行车、电动轻型摩托车、电动摩托车

 不间断电源系统(UPS)

 电网储能

 18V，24V，36V，48V，60V，72V 磷酸铁锂/三元锂/钛酸锂/纳离子等电池组

描述

DVC1124 是一款采用车规级高压 BCD 工艺设计的多串电池组监控芯片，适用于总电压不超过 100V 的电池包。

DVC1110 在正常模式下，VADC 可以在 35ms 内完成 10 串电池电压和 6 个热敏电阻温度测量;

DVC1114 在正常模式下，VADC 可以在 27ms 内完成 14 串电池电压和 6 个热敏电阻温度测量;

DVC1117 在正常模式下，VADC 可以在 29ms 内完成 17 串电池电压和 6 个热敏电阻温度测量;

DVC1124 在正常模式下，VADC 可以在 35ms 内完成 24 串电池电压和 6 个热敏电阻温度测量;

CADC 集成了 2 个滤波器 CC1 和 CC2，分别 4ms 和 256ms 输出一次电流测量值。

DVC1124 在休眠模式下，3.3V LDO 可以开启支持外部 MCU(规格书请V:stevenmicro索取) 等系统持续工作，高边充电和放电 NFET 驱动可以开启使电池组处于待机状态， 同时第 2 级充/放电过流保护和放电短路保护可以在充/放电电流异常时立即关闭充/放电驱动，保持电池组功能安全。

DVC1124 在休眠模式下，既支持 I2C 通信被动唤醒功能，也支持定时唤醒、充/放电电流检测唤醒、第 2 级充/放电过流唤醒、放电短路唤醒和充电器检测等主动唤醒功能。

绝对最大额定值

V_TOP 电源引脚输入电压V_TOP-VSS   最小值-0.3V  最大值132V

V_CELL 电池检测引脚输入电压 C_0-VSS 最小值-0.3V  最大值6V

V_CP 电荷泵引脚输出电压 VCP-VSS  最小值-0.3V  最大值132V   VCP-VTOP 最小值-0.3V  最大值15V

电气特性

VADC 规格   

输入范围

C(n)-C(n-1), n=1...24 GP(n)-VSS, n=1...6                最小值-0.3   最大值5.0 V

GP(n)-VSS, n=1...6                                           最小值 0      最大值1.98V 

V1P8-VSS                                                         最小值 0      最大值1.98V

C24-VSS, PACK-VSS, LOAD-VSS                          最小值 0      最大值120V

测量时间

单个通道   最小值0.791   典型值1.54    最大值6.02 ms

全部通道   最小值34.5     典型值61.4     最大值223 ms

CADC规格

输入范围  -150~150mV         ADC 偏移电压 50μV        测量误差  ±200μV

未进行测量时的输入漏电流  SRP,SRN    ±10nA           进行测量时的输入漏电流SRP,SRN    ±1μA

测量时间

CC1      最小值0.5ms     最大值4ms                       CC2    典型值256ms

电荷泵规格

VCP电荷泵输出电压   VCP-VTOP      最小值6V      最大值12V

TCP_START电荷泵启动时间      C_CP=2.2μF, VCP=10V     典型值91ms

功能模式

DVC1110/1114/1117/1124 具有 3 种功能模式:关机模式、休眠模式和正常模式。

关机模式

DVC1124 在关机模式下，除 I2C 唤醒和充电 器检测模块开启外，其他模块全部关闭，寄存器 复位至初始状态。芯片有 2 种方法进入关机模 式:

1) 通过 I2C 通信发送关机指令;

2) 芯片内核过热自动关机。

芯片在以下 2 种状态会退出关机模式，进入正常模式:

1) 在 I2C 通信引脚检测到唤醒信号;

2) 在 PACK 引脚施加高于 VTOP 引脚 2V 以上的

电压;

3) 在 LOAD 引脚施加 2V 以上的电压。

休眠模式

DVC1110,DVC1114,DVC1117,DVC1124 在休眠模式下，VADC、CADC、 COV/CUV 保护和 I2C 通信功能关闭，寄存器数据、V3P3、Charge Pump、FET 驱动、OCD2/OCC2 保护、SCD 保护会保持进入休眠模式之前的状 态，同时开启定时唤醒和电流唤醒检测功能。芯片有 1 种方法进入休眠模式:

1) 通过 I2C 通信发送休眠指令。

芯片在以下 6 种状态会退出休眠模式，进入正常模式:

1) 在 I2C 通信引脚检测到唤醒信号;

2) 定时唤醒倒计时结束;

3) 检测到充/放电电流;

4) 检测到第 2 级充/放电过流(同时关闭充/放电驱动);

5) 检测到放电短路(同时关闭放电驱动);

6) 在 PACK 引脚施加高于 VTOP 引脚 2V 以上的电压。

芯片恢复至正常模式后，可以通过 GP 引脚向 MCU 发送中断信号。MCU 也可以通过读取寄存 器查询芯片退出休眠模式的原因。

正常模式

DVC1124 在正常模式下，支持完整的电池组测量、保护和管理功能，MCU 可以通过 I2C 通信 读取和配置芯片状态。

测量系统

电流测量

DVC1124 集成 1 个 Σ-Δ CADC、2 个库仑计 CC1 和 CC2。CADC 在正常模式下，可以连续测量 SRP 和 SRN 差值。

电压测量

DVC1124 集成 1 个 Σ-Δ VADC，支持 C24、 PACK、LOAD、内核温度、V1P8、6 个 GP 和 24 串 电池电压测量。VADC 在正常模式下，可以连续测量上述电压。

VADC 测量周期

VADC 测量周期由 42 个时间片组成，其中包含36个测量时间片和6个暂时时间片。当 GP(n)被配置为热敏电阻输入时，VADC 会 在相应的测量时间片前插入 1ms 的延时时间片 tVD，规格书请V:stevenmicro索取)以满足外部 RC 建立时间的需求。在所有 42 个时间片中，tVM1、tVM2 和 tVM13至 tVM16 这 6 个测量时间片不可以被屏蔽，会出现在每个 VADC 测量周期中。

VADC 轮询模式

VADC 支持连续测量模式和同步测量模式，在连续测量模式下(寄存器 VASM 置 0)，VADC 会在 上一个测量周期结束后，立即开始下一个测量周期，此时 VADC 与 CADC 为异步测量状态(如图所示)。

在同步测量模式下(寄存器 VASM 置 1)， VADC 会与 CADC 同步开始测量，VADC 完成后会 进入低功耗模式，等待 CADC CC2 完成后再开始 下一个测量周期。其中同步周期(寄存器 VAMP)可 以设为 1、2、4 或 8 个 CADC CC2 测量周期。

V1P8 电压量程和分辨率

V1P8 电压量程为 0V 至 1.98V，数据格式为16 位无符号整数，LSB 为 100μV。

GP 模拟电压量程和分辨率

DVC1124 在 GP(n)被配置为模拟电压输入时，最多可以测量 6 路外部模拟电压。GP 模拟电压量程为 0V 至 1.98V，数据格式为 16 位无符号整数，LSB 为 100μV。

电池采样接线方式

DVC1124 支持 5 串至 24 串电池组监控，当 电池组低于 24 串时，未使用的电池采样引脚不 能处于悬空状态。C0~C4 电池采样引脚不支持短 接，必须分别接至第 1 串至第 4 串电池正负极。 其余电池采样引脚没有限制，可以按照电池组串 联顺序采取合适方式短接。DVC1124 推荐的短接方式有 2 种，采用图 9(a)所示的短接方式，可以降低电池间串联电阻 RBUS 的影响，在充放电时更精确地测量电池电 压。为简化应用，也可以采用图 9(b)所示的短接 。

热敏电阻温度

DVC1124 在 GP(n)被配置为热敏电阻输入 时，最多可以测量 6 路外部热敏电阻温度。由于 内部上拉电阻(RPU)阻值约为 10kΩ，所以只支持常 温阻值为 10kΩ 的热敏电阻温度测量。芯片在测量热敏电阻温度时，先将该路热敏 电阻连接至内部上拉电阻，VADC 等待 1ms 后开 始电压测量，测量完毕后断开热敏电阻与内部上 拉电阻的连接。芯片在测量热敏电阻温度时，需要在靠近芯 片引脚位置放置滤波电容(CF)。滤波电容容值的选 取要考虑到 RC 建立时间的影响。

电池电压保护

DVC1124 基于 VADC 测量值进行电池过压和欠压保护。

电池过压保护(COV) 

开启电池过压保护需要同时满足以下条件:

1) 芯片处于正常模式;

2) VADC 使能控制位 VAE 置 1;

3) 电池过压保护阈值 COVT 不为 0;

电池过压保护阈值电压(VCOV)范围为 501mV 至 4595mV，步进为 1mV;延时时间(TCOV)范围为 200ms 至 8s。

芯片集成了 24 路电池过压保护定时器，当其中一串电池电压测量值大于 VCOV 时，该路电池 过压保护定时器启动。在设定的 TCOV 内，如果该 串电池任意一次电压测量值小于 VCOV，定时器复 位，否则倒计时继续。任意一路电池过压保护定 时器倒计时结束时，都会触发电池过压保护警 报。

第 5 串电池至第 24 串电池可以被设置为屏 蔽状态，在屏蔽状态下，该路电池过压保护定时 器被禁用，该串电池电压任意测量值都不会触发 电池过压保护警报。

充/放电电流保护

DVC1124 基于 CADC 测量值进行 1 级充/放电过流保护，基于硬件过流比较器(OC2)进行 2 级充 /放电过流保护，基于硬件短路比较器(SCD)进行 放电短路保护。

第 1 级放电过流保护(OCD1)

开启第 1 级放电过流保护需要同时满足以下条件:

1) 芯片处于正常模式;

2) CADC 使能控制位 CAE 置 1;

3) 第 1 级放电过流保护阈值 OCD1T 不为 0; 第 1 级放电过流保护阈值电压(VOCD1_TH)范围为 0.25mV 至 63.75mV，步进为 0.25mV;延时时间 (TOCD1_DLY)范围为 8ms 至 2048ms，步进为 8ms。

当 SRP-SRN 电压测量差值大于 VOCD1_TH 时， 第 1 级放电过流保护定时器启动。在设定的 TOCD1_DLY 内，如果任意一次 SRP-SRN 电压测量差值 小于 VOCD1_TH，定时器复位，否则倒计时继续。在 倒计时结束时，触发第 1 级放电过流保护警报。

第 2 级充电过流保护(OCC2)

开启第 2 级充电过流保护需要同时满足以下条件:

1) 芯片处于正常模式或休眠模式;

2) OC2 使能控制位 OCC2E 置 1;

第 2 级充电过流保护阈值电压(VOCC2_TH)范围为 4mV 至 256mV，步进为 4mV;延时时间(TOCC2_DLY) 范围为 4ms 至 1024ms，步进为 4ms。

当 SRN-SRP 电压测量差值大于 VOCC2_TH 时， 第 2 级充电过流保护定时器启动。在设定的 TOCC2_DLY 内，如果任意一次 SRN-SRP 电压测量差值 小于 VOCC2_TH，定时器关闭，否则倒计时继续。在 倒计时结束时，触发第 2 级充电过流保护警报。

放电短路保护(SCD) 

开启放电短路保护需要同时满足以下条件:

1) 芯片处于正常模式或休眠模式; 2) SCD 使能控制位 SCDE 置位为 1。

放电短路保护阈值电压(VSCD_TH)范围为 10mV 至 630mV，步进为 10mV;延时时间(TSCD_DLY)范围 为 0μs 至 1992μs，步进为 7.81μs。

当 SRP-SRN 电压测量差值大于 VSCD_TH 时，放 电短路保护定时器启动。在设定的 TSCD_DLY 内，如 果任意一次 SRP-SRN 电压测量差值小于 VSCD_TH， 定时器关闭，否则倒计时继续。在倒计时结束 时，触发放电短路保护警报。

I2C 看门狗定时器

开启 I2C 看门狗定时器需要满足以下条件:

1) 芯片处于正常模式;

2) I2C 看门狗定时器控制位 IWT 不为 0x00;

在 I2C 看门狗定时器开启状态下，如果芯片在寄 存器 IWT 设定的时间内没有接收到有效的 I2C 读 写指令，会触发 I2C 看门狗超时警报。

电池均衡管理

DVC1124 集成 24 路电池被动均衡驱动器，只 有在芯片处于正常模式且 VADC 处于低功耗模式 下才可以被开启。

电池内部 MOS 均衡

DVC1124 使用片内 MOS 进行均衡时(图11)，每串电池最大均衡电流不得超过 25mA，同 时需要实时监测芯片核心温度，防止结温超过最 大额定值。

电池外部 NPN 均衡

DVC1124 使用片内 MOS 驱动片外 NPN 进行 均衡时(图 12)，均衡电流不受芯片散热限制，可 以实现大电流电池均衡。