在吸尘器、电动自行车、电动工具以及备用电池系统等需要7至10节锂电池串联供电的高压应用中电池组不仅需要完善的保护功能有时还需要外部信号控制充放电MOSFET以实现电子锁或系统级控制。CL6681XXXX系列是一款高度集成专为7至10串锂离子或锂聚合物电池设计的保护芯片采用SSOP-24L封装为电池组提供过充电、过放电、三级放电过流、短路、充电过流、断线检测、充放电过温/低温保护以及均衡功能并支持通过CCTL/DCTL引脚外部控制充放电MOSFET实现电子锁等应用。其过充和过放检测电压精度分别高达±25mV和±35mV充放电过温阈值可通过外部电阻独立设置工作电流仅15μA典型休眠状态低至6μA可直接驱动外部N型充电和放电MOSFET为高压多串电池组提供了完整的保护及控制解决方案。本解析将基于完整数据手册系统阐述CL6681XXXX系列的核心特性、参数设置及工程化设计要点并以具体型号CL6681AACA为例进行说明。一、芯片核心定位CL6681XXXX系列是一款面向7至10串锂离子/锂聚合物电池组的高集成度保护芯片其核心价值在于多串灵活配置支持7串、8串、9串、10串应用通过SEL引脚外接不同电阻8串200kΩ至VSS9串500kΩ至VSS10串悬空配置高精度电压检测过充电检测电压4.25V±25mV过放电检测电压2.70V±35mV确保电池安全窗口全面的电流保护集成放电过流150mV、过流2100mV、短路保护200mV和充电过流保护-20mV电子锁功能CCTL和DCTL引脚可外部控制充放电MOSFET优先级高于内部保护实现弱电开关或电子锁控制温度保护充电/放电过温和低温保护阈值可通过外部电阻独立设置内置均衡功能支持内部均衡MOS或外部扩流均衡通过奇偶通道1,3,5,7,9和2,4,6,8,10分时均衡低功耗设计正常工作电流15μA典型休眠状态仅6μA典型延长电池存储寿命完善的保护功能集成断线检测、负载检测、0V电池充电、过放自恢复等功能直接驱动外部N-MOSFETCO和DO引脚直接驱动外部N型充电和放电MOSFET。二、关键电气参数详解芯片电源VDD输入电压范围 VDD推荐4.0V至45.0V由多串电池组供电典型10串约37V。VDD输入电流 IVDD典型15μAVC1~VC103.7V正常工作功耗极低。休眠电流 ISLEEP典型6μAVC1~VC102.0V待机功耗极低。电压保护参数以CL6681AACA为例过充电检测电压 VOC典型4.25V精度±25mV。当任一节电池电压超过此值并持续过充保护延迟时间后CO引脚输出低电平关断充电MOSFET。过充电恢复电压 VOCR典型4.10V精度±25mV。过充状态解除后当所有电池电压降至低于此值时重新开启充电。过充电保护延迟时间 tOC典型1.0秒范围0.8-1.2秒。过充电保护重置延迟时间 tRESET典型4ms用于消除干扰。过充电恢复延迟时间 tOCR典型100ms范围50-150ms。过放电检测电压 VOD典型2.70V精度±35mV。当任一节电池电压低于此值并持续过放保护延迟时间后DO引脚输出低电平关断放电MOSFET。过放电恢复电压 VODR典型3.00V精度±35mV。过放状态解除后当所有电池电压升至高于此值时重新开启放电。过放电保护延迟时间 tOD典型1.0秒范围0.8-1.2秒。过放电恢复延迟时间 tODR典型240ms范围120-360ms。电流保护参数放电过流1保护电压 VEC1典型50mV精度±5mV对应检流电阻上的压降阈值。放电过流2保护电压 VEC2典型100mV精度±10mV。负载短路保护电压 VSHR典型200mV精度±20mV。充电过流保护电压 VCOC典型-20mV精度±5mV。放电过流1保护延迟时间 tEC1典型1.0秒CIT接0.1μF电容时可通过电容调节。放电过流2保护延迟时间 tEC2典型100ms。负载短路保护延迟时间 tSHORT典型240μs。放电过流恢复延迟时间 tECR典型60ms。充电过流保护延迟时间 tCOC典型0.5秒范围0.4-0.6秒。温度保护参数以103AT NTC为例VDD37V充电过温保护阈值 TCOT典型47-53℃由RCOT外部电阻设定示例使用41.5kΩ对应50℃。放电过温保护阈值 TDOT典型67-73℃由RDOT外部电阻设定示例使用22kΩ对应70℃。充电低温保护阈值 TCUT典型-30℃至3℃由RUT外部电阻设定示例350kΩ对应0℃。放电低温保护阈值 TDUT典型-20℃默认充电低温阈值-20℃。均衡参数电池均衡检测电压 VBL典型4.125VCL6681AACA。当电池电压超过此值且满足均衡条件时芯片启动均衡功能。CCTL/DCTL输入特性xCTL输入逻辑高电平阈值 VxCTL_H1.3V使CO/DO输出低电平关断MOSFET。xCTL输入逻辑低电平阈值 VxCTL_L1.25V正常模式芯片内部保护控制。三、芯片架构与工作原理核心保护功能CL6681XXXX系列的过充电、过放电、放电过流、短路、充电过流、温度保护、均衡、断线检测、负载检测、0V充电和低功耗模式的工作原理与CL6680AADA基本一致。主要区别在于智浦芯联 CL6680AADA 替代CW1104 7-10串锂离子/锂聚合物电池保护芯片 TSSOP-24L 技术解析CCTL/DCTL电子锁功能CL6681XXXX系列通过CCTL和DCTL引脚实现外部控制充放电MOSFET优先级高于内部保护电路CCTL控制充电MOSFETCO输出CCTL输入电压 1.3V 或悬空CO输出低电平关断充电MOSFET。CCTL输入电压 1.25V正常模式由内部保护电路控制CO。DCTL控制放电MOSFETDO输出DCTL输入电压 1.3V 或悬空DO输出低电平关断放电MOSFET。DCTL输入电压 1.25V正常模式由内部保护电路控制DO。应用示例电子锁功能DCTL端子通过开关短接至VSS1.25V且无放电保护事件时DO输出高电平放电MOS正常导通。当开关断开DCTL悬空1.3VDO输出低电平关断放电MOS实现电子锁控制。负载锁定解除当芯片处于负载锁定状态时DO低电平将DCTL置于悬空或高电平负载检测功能关闭负载锁定状态解除DCTL再次接VSS时DO输出高电平放电MOS导通。如需外部信号或外接手动开关控制CCTL和DCTL需要串联1M电阻再接开关。电池串数设定SEL引脚通过SEL引脚外接不同电阻值配置电池串数8串SEL通过200kΩ电阻连接至VSSVC10和VC9短接至VC8。9串SEL通过500kΩ电阻连接至VSSVC10短接至VC9。10串SEL悬空无需短接。四、应用设计要点型号选择CL6681AACA过充4.25V/过放2.7V均衡开启4.125V0V充电是适合锂离子电池。CL6681BBCA过充3.65V/过放2.3V均衡开启4.125V0V充电是适合磷酸铁锂电池。电池串数设定SEL电阻根据电池串数选择SEL引脚外接电阻8串SEL通过200kΩ电阻接地VC10~VC9短接至VC8。9串SEL通过500kΩ电阻接地VC10短接至VC9。10串SEL悬空无需短接。均衡电阻选择内部均衡通过VC1VC10引脚外部串联电阻REXT建议500Ω2kΩ限制均衡电流。外部扩流均衡通过外部均衡MOS管和电阻实现大电流均衡。检流电阻选择RCS VEC1 / I_OC1例如设计过流1保护电流为10AVEC150mVRCS5mΩ。温度保护电阻设置使用10kΩ NTC103ATB3435配合外部电阻充电过温50℃对应NTC电阻4.15kΩ使用41.5kΩ正常电阻连接至RCOT引脚。放电过温70℃对应NTC电阻2.2kΩ使用22kΩ连接至RDOT引脚。充电低温0℃对应NTC电阻27.28kΩ使用350kΩ连接至RUT引脚。CCTL/DCTL电子锁配置如需外部控制充放电MOS将CCTL/DCTL引脚连接MCU GPIO或开关。高电平/悬空关断低电平正常模式。如需实现电子锁功能DCTL通过开关接VSS开关闭合时放电MOS导通断开时关断。五、典型应用场景吸尘器、扫地机7-10串锂电池组供电均衡功能延长电池组寿命电子锁功能可实现安全开关控制。电动自行车7-10串电池包CCTL/DCTL可用于系统级充放电控制或实现电子锁防盗功能。电动工具高倍率电池组三级放电过流保护和短路保护确保安全。备用电池系统多串电池组保护低功耗设计延长存储时间。六、调试与故障处理电池组无法充电或放电检查电池电压是否在正常范围内若任一节电压低于过放点需充电激活。检查外部MOSFET是否损坏CO/DO引脚电压是否正常。检查CCTL/DCTL引脚电平若1.3V则强制关断对应MOSFET。检查SEL引脚电阻是否配置正确8串200kΩ9串500kΩ10串悬空。均衡功能异常检查VC1~VC10外部电阻是否焊接正确。检查电池电压是否达到均衡开启电压4.125V。温度保护误触发检查RCOT/RDOT/RUT外部电阻和NTC是否焊接正确。断线保护误触发检查电池连接线是否可靠。电子锁功能异常检查DCTL/CCTL引脚电平是否符合控制逻辑开关连接是否正确。七、设计验证要点电压保护验证用可调电源模拟各节电池电压分别测试过充、过放保护点和恢复点。过流保护验证在放电回路串联电子负载逐步增大电流观察过流1、过流2和短路保护动作点。温度保护验证用热风枪改变NTC温度验证充放电过温/低温保护和恢复。均衡功能验证人为制造电池电压差观察均衡启动和停止。CCTL/DCTL控制验证改变CCTL/DCTL电平验证CO/DO输出是否符合控制逻辑1.3V关断1.25V正常模式。八、总结CL6681XXXX系列是一款专为7-10串锂电池设计的高集成度保护芯片以高精度电压检测过充±25mV/过放±35mV、三级放电过流保护、可调温度保护、均衡功能、电子锁功能CCTL/DCTL外部控制和低功耗设计15μA为核心优势。其CCTL/DCTL引脚支持外部信号控制充放电MOSFET优先级高于内部保护可实现电子锁、弱电开关等高级应用为吸尘器、电动自行车等多串电池应用提供了完整可靠的保护加控制一体化方案。成功应用的关键在于正确选择型号合理配置SEL电阻设定电池串数充分利用CCTL/DCTL实现外部控制功能并注意8串/9串时VC端子的短接要求。文档出处本文基于智凌芯科技 CL6681XXXX系列芯片数据手册 Rev1.1 整理编写以CL6681AACA为例。具体设计、参数计算及元件选型请务必以官方最新数据手册为准并特别关注CCTL/DCTL电子锁控制功能、SEL电阻配置8串200kΩ/9串500kΩ/10串悬空、温度保护电阻设定及PCB布局。
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