|
1概述 DS2770電池監測器和充電控制器能完成電池維護所需的各種功能，和主系統處理器使用時(shí)，DS2770能完成充電、剩余電量估算、安全監測、永久數據存儲等功能。它有獨特的ID、數字溫度檢測器、測量電池電壓電流的A/D變換器、控制電池電流流入流出量的集成電流累加器、耗時(shí)計時(shí)器、重要數據存儲器及可對鋰電池和鎳氫電池充電的控制器。電流測量通過(guò)25mW的集成電阻或外部檢測電阻完成，電流、電壓和溫度的精度能滿(mǎn)足電池充電控制和安全的需要，用戶(hù)可選用脈沖技術(shù)對鋰電池充電或d T/dt技術(shù)對鎳氫電池充電，此外，為了更安全便利，還有可編程的充電定時(shí)器和電池低壓恢復功能。處理器和DS2770用一線(xiàn)接口來(lái)傳遞信息。因此DS2770僅需四個(gè)輸出 連接：電池功率、充電電源、接地和一線(xiàn)接口。同時(shí)DS2770還有EEPROM和SRAM存儲器用于電池信息存儲。EEPROM存儲重要的電池數據；SRAM存儲臨時(shí)數據。 2內部結構及引腳功能 DS2770采用16腳TSSOP封裝，引腳排列如圖1所示。 DS2770引腳功能如下： 腳1(UV)：電池欠壓檢測輸出。電池電壓低于最低電池電壓閾值(VLB)，該腳以小充電率給電池充電。 腳2(CC)：充電控制輸出。電池電壓大于或等于VLB，該腳控制電池的充電。 腳3(VCH)：充電電源輸入。充電電源接此腳，DS2770測量后再決定是否充電。 腳4、5、6(SNS)：檢測電阻連接。接電池組的負極，用內部檢測電阻時(shí)，檢測電阻接在VSS和SNS之間。 腳8(IS2)：電流檢測輸入。用10kW電阻把引腳接到SNS，IS1和IS2之間接0.1mF的電容完成低通濾波。 腳9(IS1)：電流檢測輸入。用10kW電阻把引腳接到VSS，IS1和IS2之間接0.1mF的電容完成低通濾波。 腳11、12、13(VSS)：元件接地。直接接電池的負極，對外部檢測電阻方式，檢測電阻接在VSS和SNS之間。 腳14(DQ)：數據輸入／輸出。用1-線(xiàn)數據線(xiàn)。開(kāi)漏輸出激勵器，引腳接電池組的DATA端。引腳有用于檢測電源斷開(kāi)的內部下拉。 腳15(VIN)：電壓檢測輸入。通過(guò)輸入引腳監測電池的電壓。 腳16(VDD)：電源輸入。用于DS2770的輸入電源電壓(2.7～5.5V) 腳7和10(NC)：空腳。 3功能及應用 3.1電源方式 DS2770有兩種電源方式：有源模式和睡眠模式。在有源工作模式，DS2770連續測量電流、電壓、溫度和時(shí)間，而且有電流流量累加和充電控制。主系統可采用此數據。僅當狀態(tài)寄存器的PMOD設為1及以下情況出現時(shí)，DS2770才進(jìn)入睡眠模式： CINI設為0，DQ線(xiàn)保持低電平超過(guò)2秒。如果在充電，則充電立即停止。 CINI設為1，DQ線(xiàn)保持低電平超過(guò)2秒。如果在充電，則充電完成后進(jìn)入睡眠模式。 而以下情況出現，DS2770進(jìn)入有源工作模式： DQ線(xiàn)為高電平。 CINI設為1時(shí)，VCH的電壓大于VDD。 一旦DS2770識別出DQ低電平超過(guò) 2秒，就進(jìn)入睡眠模式，電源電流降到ISLEEP將用時(shí)11 秒。當給VDD加電時(shí)，DS2770默認為有源工作模式。 3.2充電功能 DS2770可單獨作為支持對鋰電池和鎳氫電池充電的控制器工作，充電的電池類(lèi)型通過(guò)狀態(tài)寄存器CTYPE選擇(0用于鋰電池，1用于鎳氫電池)。兩者的充電控制是通過(guò)外部直流或限流充電電源的開(kāi)/關(guān)選通完成，如果電池電壓低于 VLB且有充電電源，腳UV降為低電平，在快速充電開(kāi)始前，要以小充電速率恢復電池電壓，在圖2應用電路中，UV通過(guò)一個(gè)360 W的串聯(lián)電阻限制涓流充電電流。電阻的選擇取決于充電電源。UV 降為低電平與電池組的狀態(tài)(如電池溫度和CINI)無(wú)關(guān)，電池電壓達到VLB時(shí)，UV升為高電平。當涓流充電時(shí)，狀態(tài)寄存器的CSTAT1和CSTAT0被清零，相應地用0、1值表示充電。 通過(guò)下列方式之一可開(kāi)始快速充電： 發(fā)出開(kāi)始充電命令(B5h)； 狀態(tài)寄存器的CINI設為1時(shí)，VCH腳上有充電電源。 注：如果VDD低于1.8V，電池涓流充電達到VLB，開(kāi)始快速充電。充電開(kāi)始后，有下列情況出現，快速充電推遲： 充電溫度超過(guò)TCL(0°C)和TCH(40°C)； VCH小于VDD； 轉換數據無(wú)效； 電池電壓低于VLB(3.0V)。 以上狀況消失后，低電平CC腳開(kāi)始快速充電，在快充期間，CC保持低電平，僅在周期性的測試充電電源是否過(guò)早斷開(kāi)時(shí)，CC每55ms有約27ms升為高電平。只要充電電源未斷開(kāi)，溫度在有效范圍內，充電就以CTYPE所選方式進(jìn)行。如果充電電源斷開(kāi)或發(fā)出停止充電命令(BEh)，CC升為高電平，而且充電也要重新開(kāi)始。如果 DQ線(xiàn)保持低電平大于2s，且CINI設為0，充電停止�？焖俪潆娖陂g，狀態(tài)寄存器的CTTATI和 CSTAT0相應地用0，1表示；充電完成，CSTAT1和CSTAT0用1，1表示。充電狀態(tài)鎖存時(shí)要清零。一旦充電完成或失敗，DS2770可進(jìn)入睡眠方式或保持有源工作。 3.3鋰電池充電 鋰電池的快速充電分兩步完成，當電池電壓低于充電電壓閾值VCV時(shí)，通過(guò)控制充電電源的電流對電池進(jìn)行大電流充電，CC腳一直保持低電平，激勵pnp或p溝道MOSFET開(kāi)關(guān)。當電池電壓達到VCV，則采用脈沖充電技術(shù)，在CC變?yōu)楦唠娖胶�，允許CC保持tVCV時(shí)長(cháng)(875ms)的低電平。當電池電壓又降至VCV以下，CC又變?yōu)榈碗娖�。由于CC占空因數變化慢，脈沖充電持續進(jìn)行，電池電壓衰減時(shí)間超過(guò)13.125s，充電停止。充電衰減時(shí)間包括875ms的低電平時(shí)間和時(shí)間為14s的15個(gè)周期的高電平，平均充電率是設置充電率的1/16。 3.4鎳氫電池充電 在鎳氫充電期間，通過(guò)UV和CC引腳控制電池的充電電流，由于電池達到3.0V，會(huì )出現從涓流充電向快速充電的轉換。三節電池的鎳氫電池在每節為1V時(shí)就開(kāi)始快速充電。雖然分壓器會(huì )影響電壓測量寄存器中的數值，但它可用來(lái)調節大電壓電池的轉換點(diǎn)�？焖俪潆婇_(kāi)始后，DS2770用最新的溫度測量值來(lái)確定適當的d T/dt。如表1，為了避免由于I2R的發(fā)熱造成錯誤的d T/dt檢測，在第一個(gè)五分鐘的溫度變化率無(wú)效，五分鐘后，用表1中的一個(gè)初始變化率開(kāi)始dT/dt檢測。芯片內則平均溫度測量寄存器的值來(lái)確定溫度上升的變化率。在鎳氫電池數據的基礎上表1列出實(shí)際的變化率，它是負載上的瞬時(shí)dT/dt變化率。 3.5輔助充電裝置 芯片有兩個(gè)輔助充電裝置，如果電池超過(guò)最大充電溫度或充電定時(shí)已到，則充電停止。狀態(tài)寄存器的CSTAT1和CSTAT0都置為1，表明充電完成。最大溫度閾值為T(mén)MCT(＋50°C)，充電期間，若測量的溫度超過(guò)TMCT，充電停止。在充電定時(shí)寄存器(CTR)中可設置最大充電時(shí)間，快速充電開(kāi)始時(shí)CTR可預置初值，快速充電期間，CTR每56秒計數一次地減少，如果CTR減少到零，充電停止。由于CTR是被寫(xiě)入的，要修改最大充電時(shí)間，可在充電時(shí)任一時(shí)間重新寫(xiě)入CTR的值。CTR的格式如下，地址為06。 3.6電流測量 在有源工作方式中，通過(guò)測量電流檢測電阻上的壓降，DS2770連續地測量流入流出電池的電流，DS2770有兩種方式：內部25m歐姆檢測電阻和外部用戶(hù)選擇檢測電阻。在任何一種方式中， DS2770都是把引腳IS1和引腳IS2的電壓差(VIS＝VIS1－VIS2)作為檢測電阻的電壓降。正的VIS值表明電池在充電，而負的 VIS表明電池在放電。當用外部檢測電阻時(shí)，為了保證電流測量電路的正確工作，電阻的一端必須直接接VSS(電池的負端)。 VIS是用15比特的精度測量的，電流寄存器中的測量值每3.52秒更新一次。電流寄存器的電流值是3.52秒內的平均值，以下為電流寄存器格式，地址為0E和0F。 對內部檢測電阻方式，DS2770以安培為單位，用總值為0.048A精度為62.5uA的電流寄存器，當報告電流值時(shí)，DS2770自動(dòng)補償內部電阻的變化和溫度效應。對外部檢測電阻方式，DS2770是把測量的 VIS電壓寫(xiě)入總值為1.2mV精度為1.56mA的電流寄存器。 3.7 電流累加器和偏差補償 通過(guò)記錄電池凈流入流出電流，電流累加器可以估計剩余電量，電流流入電池則累加器增加，而流出電池則累加器減少，數據存儲在電流累加寄存器中，電流累加寄存器格式如下，地址為10和11。 當使用內部檢測電阻，DS2770以安培時(shí)為單位用精度為250uA總值為±8.19Ah的電流累加器。當用外部檢測電阻，DS2770以電壓時(shí)為單位用精度為6.25uVh總值為±205mVh的電流寄存器。電流測量和電流累加是為減少元件溫度和電源電壓變化引起的誤差而在內部對偏差的補償。 偏差補償至少每小時(shí)一次精確到LSB。此外，為了校正由于電路布局引起的電流測量或電流累加誤差所造成的誤差，電流偏差寄存器有用戶(hù)編程的恒流偏差值。隨意地應用恒流偏差值會(huì )使電流測量不準確或造成室溫下自放電，電流偏差補償值存儲在EEPROM的32h和33h地址處，因而，正值(0001h到7fffh)在放電時(shí)會(huì )使電流測量和電流累加出現偏差，以下為電流偏差補償寄存器格式。 DS2770可在0V和4.992V之間以4.88mVh的精度連續地測量VIN和VSS之間的電壓。測量數據每55ms更新并存儲在電壓寄存器中，以下為電壓寄存器格式，寄存器的最大值就是最大電壓值。地址為0C和0D。 DS2770在±127°C范圍內用0.125°C精度的 集成溫度感應器連續地測量電池濕度溫度測量。下面是溫度寄存器格式。 DS2770有一范圍為1024小時(shí)的通用定時(shí)器，計時(shí)器數值以56s的精度存儲于耗時(shí)寄存器中，當達到最大值時(shí)，數值滾動(dòng)為零并再次從最高值開(kāi)始計時(shí)，此外,用戶(hù)可往寄存器中寫(xiě)所需的任何值，以下為耗時(shí)寄存器格式，地址為02和03。 3.9 應用電路 | ||||||||
