一、 概述

本文将介绍 NXP 推出的一款锂离子电池管理芯片 MC33771，具体内容包括这颗芯片的主要特性、工作模式、通信方式等几个部分。

二、 主要特性

MC33771 包括以下特性：

• 输入电压范围 6V ~ 63V
• 可以管理 7 到 14 颗电池
• 支持最高 0 Mbps的隔离差分通信或者最高 4.0 Mbps 的 SPI 通信
• 支持单个菊花链最高 63 个节点的双向传输
• 最高 8mV 的总电压测量误差
• 支持 7 个 GPIO/温度传感器输入
• 支持 0V/5mA 的参考电压输出
• 支持自动过压、欠压、温度检测，并且路由到对应 IO
• 支持睡眠模式下监测过压、欠压和温度
• 支持板载 300 mA 被动均衡
• 兼容热插拔
• 支持检测内部和外部的错误，包括开路、短路和漏电
• 支持 ISO26262 标准，最高 ASIL-D 的功能安全等级
• 满足 AECQ-100 标准

三、功能介绍

3.1 工作模式

MC33771 总共包含 RESET、IDLE、INIT、NORMAL、SLEEP、DIAG 等工作模式。

• RESET 模式

芯片在上电后或者在其它模式下通过配置相关寄存器可以进入到 RESET 模式，具体可以参照图 3.1。

• IDLE 模式

MC33771 在 tIdle 时间内通信总线没有激活将会从 INIT 模式进入到 IDLE 模式，在这个模式下所有消息都无法识别，只有通过唤醒序列从这个模式转换到 INIT 模式,当 MC33771 配置为 SPI 模式并处于 IDLE 模式，当 CSB 周期大于 CSBwu_flt配置的值时将会从 IDLE 模式进入到 INIT 模式。

• INIT 模式

当芯片上电复位或者软件（引脚）复位后，芯片会进入到 INIT 模式，除了 INIT 寄存器以外的所有寄存器都是只读的。MC33771 的 Cluster ID(CID) 在未分配时是 0，在 INIT 模式下，任何未分配 CID 的 MC33771 将不会传递或响应任何消息，用户必须先分配一个 1 ~ 63 的 CID 给 MC33771 后才能进入 NORMAL 模式，如果在 tIdle 时间内没有分配 CID 则将进入 IDLE 模式以降低电流损耗。

• NORMAL 模式

NORMAL 模式下，MC33771 一旦接收到有效的消息，将会执行对应的命令，设备配置寄存器控制 MC33771 的工作特性，并且在该模式下都是可以被编程的，在该模式下实现安全操作，MC33771 在编程的过程中会执行周期性的转换，一旦在转换中收到转换请求，将立即挂起当前的转换并且开启新的转换，允许所有的 MC33771 实现同步测量。该模式下可以通过命令进入到 SLEEP 模式或者 DIAG 模式。

• SLEEP 模式

SLEEP 模式提供一个有效降低电池电流和电池管理系统整体静态电流的方式，在该模式下，过压、欠压、过温、欠温、过流等电流能够继续保持工作。用户可以通过将 SYS_CFG_GLOBAL[GO2SLEEP]位设置为 1 来进入 SLEEP 模式，退出 SLEEP 模式

有以下几种方式：

• 在 TPL 通信模式下检测到唤醒序列
• 检测到 CSB 引脚由低到高
• 检测到寄存器配置的错误情况发生
• 取决于 SYS_CFG2[FLT_RST_CFG] 的内容
• 通过 GPIO 唤醒
• DIAG 模式

DIAG 模式下，控制器可以控制 MC33771 来执行完整的检查，需要注意的是在该模式下 ，周期性的转换将被挂起，并且过压、欠压、过温、欠温等检测将不会自动进行，需要控制器发送转换的消息才会执行这些功能。为了防止芯片一直处于 DIAG 模式，无法自动执行过压等安全检测功能，可以通过设置 DIAG_TIMEOUT 定时器，超时后 MC33771 将进入到 NORMAL 模式，同时FAULT3_STATUS[DIAG_TO_FTL] 位将设置为 1。用户可以通过将SYS_CFG1[GO2DIAG] 位置位来进入 DIAG 模式，清除该位退出 DIAG 模式。

以下为各种模式的切换示意图：

图 3.1 MC33771工作模式切换示意图

3.2 通信方式

MC33771 支持两种通信方式，SPI 通信和 TPL 通信

• SPI 通信

图 3.2 SPI 通信接口

MC33771 的 SPI 通信兼容 5V 和 3.3V 两种接口电平，SO 引脚只输出 5V 电平，因此当采用 3.3V 通信时，需要配置 RSO = 5.23KΩ，RPO = 10 KΩ 分压，当采用 5V 通信时，则需要将 RSO 配置为 0Ω，RPO 断开。

SPI 每一帧总共有 48 位，具体帧定义如下图所示。

图 3.3 SPI 命令帧格式

图 3.4 SPI 响应帧格式

• TPL 通信

TPL 通信是一种高速差分隔离的通信方式,使用一对差分的信号线，用户可以将 MC33771 的 SPI_COM_EN 引脚接地来选择这种通信方式，当使用这种通信方式时，需要一颗 MC33664 来搭配使用，具体连接方式如下图所示。

图 3.5 MC33771 TPL 通信连接示意图

TPL 是一种双向通信，最多支持 63 个节点通过菊花链方式串联，当消息从 MC33771 的一端接收后将重新从另一端发送出去，因此保证了信号不会衰减。

在 TPL 模式下，CSB 引脚将作为唤醒引脚，在 SLEEP 模式下，CSB 的边缘将会触发唤醒功能，用户也可以将该引脚接地来屏蔽唤醒功能。

四、参考资料

1.《ds578460 - MC33771C Datasheet》,2021.05，Rev 6.0