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測與保護。bq76930 可以監控多節串聯電池的電壓、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的安全性和可靠性。由于其功能強大且專為電池管理系統設計，bq76930 廣泛應用于電動車、儲能設備、醫療設備等場景。

本文將詳細介紹 bq76930 的型號、工作原理、技術特點、應用領域及其主要參數。

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控和保護芯片，主要用于鋰離子電池組。它屬于 bq769x0 系列產品之一，該系列包含以下幾種主要型號：

• bq76920：支持 3 到 5 節電池組。

• bq76930：支持 6 到 10 節電池組。

• bq76940：支持 9 到 15 節電池組。

在這些型號中，bq76930 是針對 6 到 10 節串聯電池組的解決方案，因此特別適合中等規模的電池應用場景，如電動自行車、工業設備和小型儲能系統。每個型號的區別主要在于其支持的電池節數和相應的電壓監控能力，但其工作原理和核心功能相似。

2. bq76930 的工作原理

2.1 電池電壓監測

bq76930 內部集成了多通道的 ADC (模數轉換器)，能夠實時監測每節電池的電壓。通過每個電池串聯的檢測電阻，bq76930 采集到的電壓信號經過模數轉換器處理后，精確測量每節電池的電壓水平。芯片支持的電池電壓范圍為 2.5V 到 4.3V，能有效應對鋰離子電池的正常工作區間。

2.2 電池溫度監控

除了電壓監控之外，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，用于實時監測電池的溫度變化。一旦溫度超過設定的閾值，芯片會立即發出報警信號，啟動相應的保護措施。

2.3 過壓、欠壓保護

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

2.4 過流、短路保護

bq76930 通過監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，并迅速響應以切斷電池與負載的連接，防止電池過熱或損壞。

2.5 內部均衡電路

bq76930 集成了被動均衡電路，可以自動平衡每節電池的電壓差異，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 的技術特點

3.1 高集成度

bq76930 集成了電池電壓監控、溫度監控、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的設計。這種高集成度特性降低了外部元件的數量，節省了 PCB 空間和成本。

3.2 可擴展性

bq76930 的設計允許多個芯片級聯以支持更大規模的電池組。通過與其他電池監控芯片級聯使用，可以支持超過 10 節電池組的應用場景。這種可擴展性使得 bq76930 能夠適應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連接，主機可以實時獲取每節電池的電壓、溫度信息以及報警狀態，從而實現對電池組的智能監控和管理。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。

3.4 低功耗

在電池管理系統中，功耗是一個非常關鍵的設計因素。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，同時也提高了系統的安全性和穩定性。

4. bq76930 的應用領域

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

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鋰電池串聯作為動力源，這些電池組需要可靠的監控與保護系統。bq76930 的多節電池監控、過壓過流保護、溫度監控和電池均衡功能使其成為這一領域的理想選擇。

4.2 儲能系統

在儲能應用中，如太陽能或風能儲存系統，電池的安全性和性能至關重要。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 醫療設備

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

4.4 工業設備

工業領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應用場景，包括機器人、便攜式工具和不間斷電源 (UPS) 系統。

5. bq76930 的關鍵參數

以下是 bq76930 的主要技術參數：

• 支持電池節數：6 至 10 節串聯電池

• 電壓監測范圍：2.5V 到 4.3V

• 溫度監測通道：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 的優勢與局限性

6.1 優勢

• 高度集成的功能：電壓、溫度監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：可根據應用需求調整過壓、欠壓、過流等保護閾值。

• 支持多節電池監控：適合中等規模的電池組應用。

• 低功耗設計：適合電池供電的嵌入式應用，延長電池使用壽命。

• 可擴展性強：通過級聯多個芯片，bq76930 能夠支持更多的電池串聯，適應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。在一些高端應用中，主動均衡能夠更有效地將能量從高電壓電池轉移至低電壓電池，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仍需要外接熱敏電阻、電阻分壓器、MOSFET 等外部元件，設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，在一些需要高速數據傳輸的應用中可能會受到限制。此外，I2C 通信在較長距離或復雜網絡環境下易受干擾，不如 SPI 或 CAN 總線那樣具有較強的抗干擾能力。

7. bq76930 的典型應用電路設計

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

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。電池組中的每一節電池通過電阻分壓網絡連接到 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定的范圍內。根據所監測的電池節數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。根據電池組的大小和應用的不同，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，以實現對電池溫度的全面監控。

7.3 保護電路

為了實現 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 MOSFET 的開關動作來斷開或連接電池組與外部電路，以實現保護功能。

7.4 均衡電路

bq76930 支持每節電池的被動均衡功能。在實際應用中，需要為每節電池配置均衡電阻和開關元件（如場效應管或二極管），以實現電池組電壓的一致性。均衡電路工作時，bq76930 會根據每節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主控單元通信。I2C 接口的時鐘和數據線通常需要通過上拉電阻與供電電壓連接，以確保通信的穩定性。在設計過程中，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 在電池節數和均衡方式上雖然相對較為基礎，但其低功耗和高性價比使其在中小型電池組應用中具有很大的優勢。對于需要更高級均衡和更復雜通信接口的應用，LTC6803 和 MAX11068 等芯片可能是更好的選擇。

9. 設計與應用中的注意事項

在使用 bq76930 設計電池管理系統時，有一些關鍵的設計注意事項可以幫助優化系統性能，并確保電路設計的穩定性。

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。在設計時需要注意為芯片提供穩定的電源，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的濾波電路來減少電源噪聲。

9.2 散熱設計

在大電流充放電的場景下，電池和保護電路中的元件會產生較多的熱量，可能影響系統的穩定性。為避免溫度過高影響 bq76930 的測量精度，設計中應充分考慮散熱措施，如增加散熱片、風扇，或設計合理的 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，但在高噪聲環境或復雜的電路布局中，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，還需要選擇適當的上拉電阻值來確保通信穩定性。

9.4 均衡電路設計

均衡電路設計時需要注意均衡電流的選擇，均衡電流過大會導致電池發熱，過小則影響均衡效果。通常建議根據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。

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。在設計過程中，需要根據電池的具體規格選擇合適的閾值，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 已經在多個領域廣泛應用，但隨著電池技術的快速發展和電池管理需求的提高，未來可能需要進一步優化其功能和性能：

• 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。

• 優化通信接口：為適應更大規模的電池管理系統，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：盡管 bq76930 的功耗已經很低，但隨著物聯網和可穿戴設備的發展，進一步降低功耗將有助于提升系統的待機時間和續航能力。

• 智能化管理：未來的電池管理系統可能會集成更多智能化的功能，如 AI 驅動的電池健康管理、預測性維護等。

結論

bq76930 作為一款專為鋰離子電池管理設計的專用電源管理 IC，以其高集成度、低功耗、靈活的配置和全面的保護功能，在中小型電池組應用中具有廣泛的應用前景。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、醫療設備等多個領域的理想解決方案。

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。在未來的應用中，可能需要更多技術創新和改進，以滿足更復雜的電池管理需求