LTC6802檢測串聯(lián)電池組電壓電路設計

　　摘要：介紹了串聯(lián)電池組電壓管理芯片LTC6802—2的特點和使用方法。分別以51單片機和TMS320LF2407為控制器，從通信的角度詳細探討在硬件設計和軟件設計上應注意的問題，實現(xiàn)LTC6802—2對串聯(lián)電池組電壓的檢測。并通過實驗數(shù)據(jù)分析，驗證了此方法的有效性。

　　1、LTC6802—2介紹

　　LTC6802—2內部含有12位的AD轉換器，精密電壓基準，高電壓輸入多路轉換器和SPI串行接口。每個芯片可以檢測12節(jié)串聯(lián)在一起的電池。同時，芯片還支持串聯(lián)使用，最多可以將16個芯片串聯(lián)在一起使用，即最多可以檢測12x16=192節(jié)電池串聯(lián)組成的電池組。每個AD的轉換范同為0～5V，因此每個芯片的檢測串聯(lián)電池組電壓可達60V。另外，LTC6802．2在LTC6802—1的基礎上進行了改進，增加了4位的外部編址接口A0～A3，可對其進行編址，方便了對某一指定檢測單元的單獨操作。另外，LTC6802．2還具有高溫保護功能，電池過充過放電狀態(tài)監(jiān)視，電量均衡功能。

　　LTC6802．2有種工作模式：待機模式、測量模式和監(jiān)事模式。上電默認為待機模式，此模式下，只有串口和5V的穩(wěn)壓基準源處于工作狀態(tài)，其他所有電路均不_T=作。必須通過串ISI通信，對LTC6802．2進行配置才可以啟動其他電路，此時可向CFGR0的CDC［2：0］位寫入非0的值使其退出待機模式，LTC6802—2退出待機模式后VREF引腳可以檢測到3．075V的脈沖基準電壓信號，否則檢測電壓為0V，這可以作為判斷串口通信成功的檢測依據(jù)。

　　2、硬件設計

　　本文主要以51單片機和TMS320LF2407為主控器，分別介紹他們的硬件接口電路，并分析調試過程中遇到的問題。

　　2.151單片機與LTC6802—2的通信接口

　　圖1給出了以51單片機為控制器的控制電路，在保證電路正常工作條件下，外圍電路以最簡單的形式給出。如果電池選用大容量動力電池，則要考慮加鉗位保護電路，防止c引腳出現(xiàn)大的電流而損壞芯片。因為51單片機和LTC6802．2的通信接口均為5V工作電壓，在只有一片LTC6802．2接入時，可以不加隔離器件，直接進行串口通信。

　　51單片機的SPI串行通信接口使用P1．O～P1．3來模擬，模擬SPI接口時需要注意，該接口沒有做其他的擴展用途，如果接有其他的擴展電路，在進行SPI通信時要進行屏蔽，否則有可能對串行通信造成干擾，導致無法正常通信。

　　2.2TM$320LF2407與LTC6802—2的通信接口

　　公司的TMS320LF2407內部自帶SPI串行通信模塊，利用此模塊可以簡單地實現(xiàn)DSP與LTC6802—2的通信。通信中需要注意的是，通用SPI模塊一般是每進行一次讀寫操作CS引腳就分別給出相應的片選信號，但根據(jù)LTC6802．2的時序需求，每次片選有效時，都要進行多次的讀寫操作。因此，此處不能使用SPI模塊的片選，實驗中選取DSP的PB4來給定片選信號。

　　設計中需要注意的另一點是數(shù)字隔離器件的選取。因為LTC6802—2的5V基準電源的驅動能力比較弱，最大只能提供負載4mA的電流，所以選擇數(shù)字隔離器件時必須選擇低功耗器件，否則，功耗過大將導致LTC6802—2芯片發(fā)熱，基準電源電壓下降，當降至4．1V時，芯片將無法正常工作。本文選取ADUM14115_，它是ADI公司開發(fā)的一款超低功耗4通道數(shù)字隔離芯片，復合此處SPI通信的需求，并且功耗低，最高通信速度可達到10M，也滿足通信的需求。圖2是TMs320LF2407與LTC6802．2的工作電路。

　　3、軟件設計

　　軟件設計中主要需注意的是SPI通信的時序要與LTC6802．2的時序相匹配，時鐘頻率必須小于1M，通信模式按照LTC6802．2的規(guī)定cPHA：l和CPOL=1（其時序圖如圖3），但是由于TMS320LF2407的SPI通信模式與標準定義的差別，TMs320LF24O7的通信模式應該設為PHASE=0和PO．

　　LARITY=I。另外，需要注意的是由于TMs320LF2407自帶SPI通信模塊式的特點所限，在進行讀取數(shù)據(jù)操作時需要虛發(fā)操作，已啟動時鐘，才能正常讀取數(shù)據(jù)。

　　因為LTC6802—2支持多次的連續(xù)讀寫操作，因此，通信過程中選取通用I／O作SPI通信的CS片選信號，而不是直接用SPI模塊的片選信號引腳。使用LTC6802．2進行電壓轉換前需要先對其進行初始化，即寫配置寄存器組CFGR0～CFGR5。讀數(shù)據(jù)時要先發(fā)送要讀取的LTC6802．2的地址f由A0~A3引腳接線確定），然后發(fā)送讀數(shù)據(jù)指令，再進行讀操作。其操作寫控制寄存器步驟如下：（1）拉低CSBI；（2）發(fā)送寫配置寄存器命令；（3）發(fā)送配置寄存器數(shù)據(jù)（cmm，CFGR2，…CFGR5）；（4）抬高CSBI。

　　讀取電壓數(shù)據(jù)操作步驟如下：（1）拉低CSBI；（2）發(fā)送要讀取的LTC6802地址；（3）發(fā)送讀電壓命令；（4）發(fā)送電壓寄存器中電壓數(shù)據(jù)（CVRO0，CVRO1，…CVR17，PEC）；（5）抬高CSBI。在讀取電壓過程中，如果電池電壓有較大的變化或波動會使LTC6802復位，進入上電默認待機狀態(tài)，此時讀取電壓寄存器的值是不變的，為最后一次測量值，因此每次讀電壓時盡量進行一次初始化配置，具體讀電壓流程如圖4。

　　軟件設計上，51單片機模擬SPI通信與通用的模擬程序類似，下面主要介紹以TMS320LF2407的SPI接口進行通信的軟件設計。

　　（1）初始化，程序如下：

　　voidLtc68O2Init（void）

　　{uchari，bur，Ltc6802；

　　CFGR［0］=0x01；／／配置寄存器的初始化

　　CFGR［1］=0x00；

　　CFGR［2］=0x00；

　　cFGR［3］=OxO0；

　　CFGR［4］=VUV：

　　CFGR［5］=VOV；

　　do

　　{CL_CSBI；／／片選信號，托低CSBI

　　SpiWrite（WRCFG）；／／寫配置寄存器

　　for（i=0：i《6：i++1

　　{SpiWrite（CFGR［i］）；）

　　SET—CSBI；

　　delay（60）；

　　Ltc6802OK=1：

　　CL_CSBI：

　　SpiWrite（0x80）；11圖2中接線可知地址為0

　　SpiWrite（RDCFG）；

　　fbr（i=0；i《6；i++）

　　fif（i--0）buf=SPIreadO／0x80；

　　elsebur=SPIread0；

　　ifbufi=CFGR［i］1

　　{Ltc6802=0；break；）

　　}

　　SET_CSBI；

　　}while（Ltc6802）；／／配置不對重新配置

　　}

　?。?）寫數(shù)據(jù)子函數(shù)

　　voidSpiWrite（uintbuf）

　　fuintflag=0；

　　SPITXBUF=bufl8；／／TMS320LF2407發(fā)送緩存寄存器為16

　　位，從高位開始發(fā)

　　while（1）／／8位數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入寄存器高8位

　　{flag=SPISTS&0x40；

　　if（flag==0x40）break；

　　j

　　SPIRXBUF=SPIRXBUF：

　　}

　　（3）讀數(shù)據(jù)子函數(shù)

　　uintSPlread0

　　{uintflag，buf；

　　SPITXBUF=O；

　　while（1）

　　{flag=SPISTS&0x40；

　　if（flag==0x40）break

　　}

　　buf=-SPIRXBUF；

　　returnbuf；

　　}

　　文中給出的初始化數(shù)據(jù)是只測量12接單體數(shù)據(jù)的情況下配置數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)需要，如果要對電池的過充電和過放電狀態(tài)進行監(jiān)控或連接電池少于12節(jié)，可以對CFGR0--CFGR5進行進一步的設置。

　　4、測量結果分析

　　對于電壓檢測，穩(wěn)定度非常重要。穩(wěn)定度越高，說明系統(tǒng)檢測也準確，誤差也越小。因為LTC6802—2內部是12位的AD，最小檢測步長是1．5mV，對檢測電壓保留三位小數(shù)，對12節(jié)鋰離子電池的測量數(shù)據(jù)進行記錄，測量結果如表1。

　　對檢測的電壓值求方差，可以看到方差幾乎為0，也就是說，檢測電壓比較穩(wěn)定，而且檢測精度較高。

　　5、結論

　　利用LTC6802—2檢測串聯(lián)電池組電壓，單體電池串聯(lián)數(shù)量多，電路結構簡單，測量速度快，測量精度高，能滿足一般的檢測需求。另外，LTC6802．2是一款電池管理芯片，還具有溫度保護功能，檢測電池過充和過放電狀態(tài)，還能對串聯(lián)電池組進行均衡控制，只需要增加簡單的外圍電路和寄存器配置即可實現(xiàn)這些功能。因為實現(xiàn)了電池電壓的檢測，可以通過控制器判斷電池的過充和過放電狀態(tài)，從而進行更好的均衡電池電量，所以文中并沒有對這些功能進行詳細研究。但是，利用這種方法測量電池的電壓，對更好地監(jiān)視電池的充放電狀態(tài)和能量均衡具有非常重要的意義。