BM3451-T16系列说明书

BYD Microelectronics Co., Ltd.

专用4节可充电电池保护IC

产品概述

BM3451-T16系列是专用4节可充电电池保护芯片，具有高精度、高集成度的特点，适用于电动工具、吸尘器以及小型后备电源等。BM3451-T16系列通过检测各节电池的电压、充放电电流以及环境温度等信息实现电池过充、过放、放电过电流、短路、充电过电流、温度保护等保护功能，通过外置电容来调节过充、过放、过电流保护延时。

功能特点

⑴ 各节电池的高精度电压检测功能；

过充电检测电压 3.6 V ~ 4.6 V

精度±25 mV（+25℃）

精度±40 mV（-40℃至+85℃）

过充电滞后电压 0.1 V 精度±50 mV 过放电检测电压 1.6 V ~ 3.0 V 精度±80 mV 过放电滞后电压 0 / 0.2 / 0.4 V 精度±100 mV 3段放电过电流检测功能；

过电流检测电压1 0.025 V ~ 0.30 V (50 mV步进) 精度±15 mV 过电流检测电压2 0.2 / 0.3 / 0.4 / 0.6 V 短路检测电压 0.6V / 0.8 V 充电过电流检测功能；

充电过电流检测电压 -0.03 /-0.05 / -0.1 / -0.15 / -0.2 V 延时外置可调；

通过改变外接电容大小设置过充电、过放电、过电流1、过电流2检测延迟时间； 可通过外部信号控制充电、放电状态； 充、放电控制端子最高输出电压12 V； 温度保护功能；

宽工作温度范围：-40℃~85℃； 断线保护功能； 低功耗；

工作时（带温度保护） 25 μA 典型值 工作时（无温度保护） 15 μA 典型值 休眠时 6 μA 典型值

⑵

⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼ ⑽

应用领域

电动工具 吸尘器

小型UPS后备电源

封装形式

TSSOP16

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BM3451-T16系列

功能框图

图 1

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BM3451-T16系列

产品选型

1. 产品命名

图 2

2. 产品目录

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过充电

检测电压VDET1

过充电解除电压VREL1

过放电检测电压VDET2

过放电解除电压VREL2

放电过流1检测电压VOC1

放电过流2检测电压VOC2

短路检测电压 VSHORT

充电过流检测电压VOVCC

型号/项目

BM3451VJDC-T16A 4.300V 4.180V 2.500V 2.700V 0.100V 0.400V 0.800V -0.050V

BM3451SMDC-T16A 4.225V 4.110V 2.750V 3.000V 0.100V 0.400V 0.800V -0.050V BM3451TNDC-T16A 4.250V 4.130V 2.800V 3.000V 0.100V 0.400V 0.800V -0.050V BM3451TJDC-T16A BM3451SJDE-T16A

4.250V 4.130V 2.500V 2.700V 0.100V 0.400V 0.800V -0.050V 4.225V 4.110V 2.500V 2.700V 0.100V 0.200V 0.600V -0.050V

BM3451RNBE-T16A 4.200V 4.108V 2.800V 3.000V 0.050V 0.200V 0.600V -0.050V BM3451BHDC-T16A 3.650V 3.550V 2.350V 2.550V 0.100V 0.300V 0.600V -0.100V

表 1

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BM3451-T16系列

引脚排布

图 3

引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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名称 VCC TOV TOVD TOC1 TOC2 NTC TRH VM CO DO VIN GND VC1 VC2 VC3 VC4

描述

芯片的电源、电池3的正电压连接端子 接电容，用于控制过充电检测延时 接电容，用于控制过放电检测延时 接电容，用于控制过电流1检测延时 接电容，用于控制过电流2检测延时 接负温度系数热敏电阻，用于温度检测 接电阻，用于调节高温保护温度 过电流保护锁定、充电器及负载检测端子

充电控制MOS栅极连接端子，高电平与高阻态输出，最高12V 放电控制MOS栅极连接端子，CMOS输出，最高12V 放电过电流及充电过电流检测端子 芯片的地、电池1的负电压连接端子 电池1的正电压、电池2的负电压连接端子 电池2的正电压、电池3的负电压连接端子 电池3的正电压、电池4的负电压连接端子 电池4的正电压

表 2

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绝对最大额定值

项目 电源电压 各节电池电压 VM输入端子电压 DO输出端子电压 CO输出端子电压 工作环境温度 贮存温度

符号 VCC VCELL VM VDO VCO TA TSTG

适用端子

-

Vcell4、Vcell3、Vcell2、Vcell1

VM DO CO - -

绝对最大额定值 GND-0.3 ~ GND+30 GND-0.3 ~ GND+6 GND-20 ~ GND+30 GND-0.3 ~ VCC+0.3 GND-20 ~ VCC+0.3

-40 ~ 85 -40 ~ 125

单位 V V V V V ℃ ℃

表 3

注意：绝对最大额定值是指无论在任何条件下都不能超过的额定值。一旦超过此额定值，有可能造成产品

劣化等物理性损伤。

电气特性 （除特殊说明外：TA=25℃）

项 目 电源电压 正常功耗 休眠功耗

保护阈值 保护延时

过充电

解除阈值 解除延时 温度系数1 保护阈值

过放电

保护延时

符号 VCC IVCC ISTB VDET1 TOV VREL1 TREL1 KU1 VDET2 TOVD

测试条件*1

-

V1=V2=V3=V4=3.5V V1=V2=V3=V4=2.0V V1=V2=V4=3.5V V3=3.5→4.4V V1=V2=V4=3.5V COV=0.1μF V3=3.5V→4.4V

V1=V2=V4=3.5V V3=4.4V→3.5V V1=V2=V4=3.5V V3=4.4V→3.5V Ta= -40℃ to 85℃ V1=V2=V4=3.5V V3=3.5V→2.0V V1=V2=V4=3.5V

COVD=0.1μF V3=3.5V→2.0V

最小值 典型值 最大值 5 - - VDET1 -0.025 0.5 VREL1 -0.05 10 -0.6 VDET2 -0.08 0.5

- - - VDET1 1.0 VREL1 20 0 VDET2 1.0

30 25 10 VDET1 +0.025 1.5 VREL1 +0.05 30 0.6 VDET2 +0.08 1.5

单位 V μA μA V s V ms mV/℃ V s

测试电路

1

2

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最小值 典型值 最大值 VREL2 -0.10 10 VOC1 *85% 100 100 100 -0.1 VOC2 *80% 10 100 VSHORT *80%

项目

解除阈值

过放电

解除延时 保护阈值 保护延时

放电过流

1

解除延时 过流下拉电阻 温度系数2 保护阈值

过流2

保护延时 解除延时 保护阈值

短路

保护延时 保护阈值

充电过流

保护延时

CO

输出电阻

DO

TOVCC RCO RDO TSHORT VOVCC TREL2 VOC1 TOC1 TROC1 RVMS KU2 VOC2 TOC2 TROC2 VSHORT 符号 VREL2

测试条件*1 V1=V2=V4=3.5V V3=2.0V→3.5V V1=V2=V4=3.5V V3=2.0V→3.5V V1=V2=V3=V4=3.5V V5=0V→0.12V V1=V2=V3=V4=3.5V COC1=0.1μF V5=0V→0.12V

V1=V2=V3=V5=3.5V V5=0V→0.12V→0V V1=V2=V3=V4=3.5V V5=0V→0.12V Ta= -40℃ to 85℃ V1=V2=V3=V4=3.5V

V5=0V→0.5V V1=V2=V3=V4=3.5V COC2=0.1μF V5=0V→0.5V V1=V2=V3=V4=3.5V V5=0V→0.5V→0V V1=V2=V3=V4=3.5V

V5=0V→1.2V V1=V2=V3=V4=3.5V V5=0V→1.2V→0V V1=V2=V3=V4=3.5V V5=0V→-0.2V V1=V2=V3=V4=3.5V V5=0V→-0.2V 正常态，Co为”H” (12V) 正常态，Do为”H” (12V) 保护态，Do为”L”

单位 V

2

ms V ms ms kΩ mV/℃

3 V ms ms V μs V

4

ms kΩ kΩ

5 6 测试电路

VREL2 +0.10 30 VOC1 *115% 300 300 500 0.1 VOC2 *120% 30 300 VSHORT *120%

VREL2 20 VOC1 200 200 300 0 VOC2 20 200 VSHORT

100 VOVCC -0.015 10 3 3 0.20

300 VOVCC 20 5 5 0.35

600 VOVCC +0.015 30 8 8 0.50

表 4

*1：以上测试条件均以锂电参数参考设计，其他档位参数根据实际电压调整。

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工作说明

1. 过充电

电池充电且VIN >VOVCC即未发生充电过流时，只要VC1、(VC2-VC1)、(VC3-VC2)、(VC4-VC3)中任意电压值高过VDET1并持续了一段时间TOV，芯片即认为电池包中出现了过充电状态，CO由高电平变为高阻态，被外接电阻下拉至低电平，将充电控制MOS管关断，停止充电。 满足下面两个条件之一即可解除过充电状态： ⑴ 所有电芯的电压都低于VREL1并持续TREL1； ⑵ VM>100mV（接入负载），电池电压低于VDET1并持续TREL1。

2. 过放电

电池放电且VIN< VOC1即未发生放电过流时，只要VC1、(VC2-VC1)、(VC3-VC2)、(VC4-VC3)中任意电压值低于VDET2并持续了一段时间TOVD，芯片即认为电池包中出现了过放电状态，DO由高电平变为低电平，将放电控制MOS管关断，停止放电，此时芯片进入休眠模式。 满足下面两个条件之一即可解除过放电状态（休眠状态）： ⑴ VM=0且所有电芯的电压都高于VREL2并持续TREL2； ⑵ VM<-100mV（接入充电器），电池电压高于VDET2并持续TREL2。

3. 放电过电流

在放电时，放电电流随着负载而变化，VIN电压随着放电电流的增大而增大。当VIN电压高于VOC1并持 续一段时间TOC1，即认为出现了过电流1；当VIN电压高于VOC2并持续TOC2，即认为出现了过电流2； 当VIN电压高于VSHORT并持续TSHORT，即认为出现了短路。三种中任意一种状态出现后，DO由高电平 变为低电平，关断放电控制MOS管停止放电，同时，过流锁定端子VM端内部下拉电阻RVMS接入。通 常VOC1 < VOC2 < VSHORT，TOC1 > TOC2 > TSHORT。过电流保护时DO被锁定为低电平，断开负载即可解除 锁定。

4. 延时设置

过充电延时，过放电延时由下述公式计算（单位：s）：Tov = 107 x COV ；Tovd = 107 x COVD 放电过电流1延时由下述公式计算（单位：s）：Toc1 = 2 x 106 x COC1 放电过电流2延时由下述公式计算（单位：s）：Toc2 = 2 x 105 x COC2

5. 充电过电流

在充电时，如果充电电流过大且VIN6. 温度保护

为了防止充放电过程中电芯温度过高给电芯带来的损坏，需要进行电芯高温保护。NTC端子连接热敏电 阻用于感应温度变化，TRH端子连接电阻用于高温保护基准的设置。过温检测时，芯片默认为放电检测。仅当VM<-100mV时，芯片识别为充电检测。以充电过温保护为参考，假设充电过温保护时NTC电阻阻值RNTC，则TRH选取的电阻阻值为RTRH=2*RNTC，此时放电过温保护时对应的NTC阻值为0.54* RNTC对应的温度。我们可通过调节RTRH大小来调节充放电过温保护的温度。

以NTC电阻选取103AT-4型号为例，常温下（25℃）为10KΩ，设定充电保护温度为55℃。55℃时对应RNTC=3.5K，则选取TRH电阻阻值为RTRH=2*RNTC=7K，放电过温保护时对应NTC电阻大小为0.54*RNTC=1.89K，对应温度为75℃。充电过温保护迟滞为5℃，放电过温保护迟滞为10℃。所以当充电温度高于保护温度55℃，CO变为高阻态，由外接电阻下拉至低电平，充电控制MOS管关断停止充电，当电芯温度降到50℃时，CO变为高电平，充电控制MOS重新开启；当放电温度高于保护温度75℃，DO变为低电平，放电MOS管关断停止放电，同时充电MOS管也关断禁止充电，当电芯温度降到65℃时，DO变为高电平，CO变为高电平，充放电控制MOS重新开启。

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7. 断线保护

当芯片检测到管脚VC1、VC2、VC3中任意一根或多根与电芯的连线断开，芯片判断为发生了断线，即将CO输出高阻态，DO输出低电平，此保护状态称为断线保护状态。

工作时序图

1. 过充电、过放电保护

VDET1VREL1VCELL

VREL2VDET2VCC12V

VCO

GNDVCHR-VCC

VDO

12V

GNDVCHR-VCC

VM

GNDVCHR-接入负载接入充电器

TDET1(1)(2)(1)TDET2(3)(1)

图 4

假定为恒流充电，VCHR-为充电器空载时负端电压： （1）通常状态；

（2）过充电保护状态； （3）过放电保护状态。

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2. 放电过电流、短路、充电过电流保护

VDET1VREL1VCELL

VREL2VDET2VCC12V

VCO

GNDVCHR-VCC

VDO

12V

GNDVCHR-VCC

VM

GNDVCHR-VCC

VIN

VSHORTVOC2VOC1GNDVOVCCVCHR-接入负载接入充电器(1)TOC1(2)TOC2(1)(3)(1)TSHORT(4)(1)TOVCC(5)(1)

图 5

假定为恒流充电，VCHR-为充电器空载时负端电压： （1） 通常状态；

（2） 放电过电流1保护状态； （3） 放电过电流2保护状态； （4） 短路保护状态；

（5） 充电过电流保护状态。

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应用电路

图 6 4串典型应用——充放电NMOS控制，回路共用

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图 7 4串典型应用——充放电NMOS控制，回路分开

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典型值 1000 1000 1 4.7 10 7 220 10 2 5 2.2 0.1 0.1 10 表 5

范围 100 ~ 1000 100 ~ 1000 0.5 ~ 2 1-10 - - 10-500 5~15 0~10 1 ~ 20 0.47 ~ 4.7 0.1~ 10

- 2.2~100

电容耐压>50V

单位 Ω Ω MΩ MΩ kΩ kΩ kΩ MΩ kΩ mΩ μF μF μF nF

电阻、电容推荐值如下：

器件标号 R1、R2、R3

RVCC R4 RB、R5、RCD

RNTC RTRH RVM RCO 、RS RDO、RVIN Rsense CVCC C1、C2、C3 COV、COVD、COC1、COC2

CVIN

测试电路

1. 正常功耗及休眠功耗

测试电路1

⑴ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V，观察电流表的读数，流出GND的电流即正常功耗。

⑵ 在⑴的基础上，设定V1=V2=V3=V4=2.0V，观察电流表的读数，流出GND的电流即休眠功耗。

2. 过充电测试

测试电路2

2.1过充电保护及保护解除阈值

设定V1=V2=V3=V4=3.5V，确保DO、CO都为”H”。逐渐增大V3，维持时间不小于过充电保护延时，当CO由”H”变”L”时的V3电压即为过充电保护阈值电压（VDET1）；逐渐减小V3，维持时间不小于过充电保护解除延时，当CO重新变为”H”时，V3电压即为过充电保护解除阈值电压（VREL1）。 2.2过充电保护及过充电回复延时

⑴ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V，确保DO、CO都为”H”。将V3骤升至4.4V，监控CO电压并维持一段时间，CO由”H”变”L”的时间间隔即为过充电延时。

⑵ 设定V1=V2=V4=3.5V，V3=4.4V，确保DO为”H”，CO为”L”。将V3骤降至3.5V，监控CO电压并维持一段时间，CO由”L”变”H”的时间间隔即为过充电回复延时。

3. 过放电测试

测试电路2

3.1过放电保护及过放电保护解除阈值

设定V1=V2=V3=V4=3.5V，确保DO、CO都为”H”。逐渐减小V3，维持时间不小于过放电保护延时，当DO由”H”变为”L”时的V3电压即为过放电保护阈值电压（VDET2）；逐渐增大V3，维持时间不小于过放电保护解除延时，当DO重新变为”H”时，V3电压即为过放电保护解除电压（VREL2）。

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3.2过放及过放回复延时

⑴ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V，确保DO、CO都为”H”。将V3骤降至2.0V，监控DO电压并维持一段时间，DO由”H”变为”L”的时间间隔即为过放电延时。

⑵ 设定V1=V2=V4=3.5V，V3=2.0V，确保DO为”L”，CO为”H”。将V3骤升至3.5V，监控DO电压并维持一段时间，DO由”L”变为”H”的时间间隔即为过放电回复延时。

4. 放电过电流及短路测试

测试电路3

4.1过电流及短路保护阈值

设定V1=V2=V3=V4=3.5V，V5=0，确保DO、CO都为”H”。逐渐增大V45，维持时间不小于过电流1保护延时，当DO由”H”变为”L”时的V5电压即为过电流1保护阈值（VDET3）。过电流2阈值（VDET4）及短路阈值（VSHORT）的测试需同时根据设定的保护延时长短去判断。 4.2过电流及过电流回复延时

⑴ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V，V5=0，确保DO、CO都为”H”。将V5骤然增大至0.2V，监控DO电

压并维持一段时间，DO由”H”变为”L”的时间间隔即为过电流1延时。

⑵ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V，V5=0，确保DO、CO都为”H”。逐步将V5骤然增大，即每次增大至的

V5电压值比前一次大，同时监测DO由”H”变为”L”的延时，监测到的第一个比过电流1短的延时对应的V5的电压即为过电流2阈值，这个延时即为过电流2延时。

⑶ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V，V5=0，确保DO、CO都为”H”。逐步将V5骤然增大，即每次增大至的

V5电压值比前一次大，同时监测DO由”H”变为”L”的延时，监测到的第一个比过电流2短的延时对应的V5的电压即为短路阈值，这个延时即为短路延时。

⑷ 设定V1=V2=V3=V4=3.5V、V5=0.2V，确保DO为”L” ，CO为”H”。将V5骤然降至0V，监控DO

电压并维持一段时间，DO由”L”变为”H”的时间间隔即为过电流1回复延时。同样的测试方法可以测出过电流2回复延时及短路回复延时。

5. 充电过电流测试

测试电路4

5.1充电过电流保护阈值

设定V1=V2=V3=V4=3.5V，V5=0，确保DO、CO都为”H”。 逐渐增大V5，维持时间不小于充电过电流保护延时，Co由”H”变为”L”时V5即为充电过电流保护阈值。 5.2充电过电流保护延时

设定V1=V2=V3=V4=3.5V，V5=0V，确保DO、CO都为”H”。将V5骤然增大至0.3V，监控CO电压并维持一段时间，CO由”H”变为”L”的时间间隔即为充电过电流保护延时。

6. CO、DO输入/输出电阻测试

（1）CO、DO为高电平时的输出电阻 测试电路5、6

设定V1=V2=V3=V5=3.5V，V5=10.0V，开关K断开，确保此时CO输出为”H”，测量CO端的电压VA；闭合开关K，V5从10V开始降低，监测电流表的读数为IA，当IA=50uA时测得CO端的电压VB，则CO输出电阻RCOH = (VA - VB)/50 (MΩ)

同样的测试方法可用于测试DO输出电阻RDOH，只需将测试端子改为DO即可。 （2）DO为低电平时的输出电阻 测试电路6

设定V1=V2=V3=V4=2.00V，V5=0.00V，开关K断开，用电压表测试DO端电压，确保此时DO输出为0V。将开关K闭合，调节V5从0V开始上升，同时监测电流表的读数为IA，当IA=-50uA时测得DO电位为VDO，则DO输出电阻RDOL=VDO/50 (MΩ)。

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VCCTOVTOVDTOC1TOC2NTCTRHVMVC4VC3VC2vccV4V3V2

+A0.1μFTOC10.1μFTOVTOVDVC4VC3VC2V4V3V2V1

BM3451VC1GNDVINDOCO5MΩ-V1

TOC2NTCTRHVMBM3451VC1GNDVINDOCO5MΩ

测试电路 1 测试电路 2

vccTOVTOVD0.1μFTOC1TOC20.1μFNTCTRHVMVC4VC3VC2vccV4V3V2V1

V5TOVTOVDTOC1TOC2NTCTRHVMVC4VC3VC2V4V3V2V1

V5BM3451VC1GNDVINDOCO5MΩBM3451VC1GNDVINDOCO5MΩ

测试电路 3

测试电路 4

vccTOVTOVDTOC1TOC2NTCTRHVMVC4VC3VC2vccV3V3V2V1

TOVTOVDTOC1TOC2NTCTRHKV+VMAVC4VC3VC2V4V3V2V1

BM3451VC1GNDVINDOCOBM3451VC1GNDVINDOCOV+K--AV5V5

测试电路 5

测试电路 6

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封装示意图及参数

TSSOP16

包装：

TSSOP16封装形式：13寸的MBB静电袋，每盘装4000颗。

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