在多節(jié)電池組應(yīng)用中使用DS2755電池電量計(jì)

    DS2755鋰離子/鎳氫電池電量計(jì)IC設(shè)計(jì)用于監(jiān)視單節(jié)鋰離子(Li+)電池或3節(jié)鎳氫(NiMH)電池組。只要對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母?，DS2755還可用來(lái)監(jiān)測(cè)2節(jié)Li+電池組。本應(yīng)用筆記描述了這樣一個(gè)參考電路，可用DS2755監(jiān)視多節(jié)電池組的電壓、電流、剩余容量和溫度等。詳細(xì)討論了重要元件的設(shè)計(jì)，以及DS2755自身的配置問(wèn)題。 

    介紹

    DS2755高精度電池電量計(jì)的工作電壓范圍適合于單節(jié)鋰離子/聚合物電池，或2到3節(jié)鎳氫電池組。但是，還有很多應(yīng)用需要更多節(jié)的串連電池組。只要將多節(jié)電池的電壓降到一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?，DS2755仍能在這些應(yīng)用中用作電量計(jì)IC。采用這種方法后，DS2755的所有功能仍然有效，包括快照模式、可編程中斷、溫度/電壓/電流測(cè)量、電流累計(jì)(庫(kù)侖計(jì)數(shù))、96字節(jié)EEPROM及1-Wire通信接口等。 

    概述

    正如應(yīng)用筆記Lithium-Ion Fuel Gauging with Dallas Semiconductor Battery Monitor ICs中所描述的，盡管對(duì)于基本的電量計(jì)量功能而言不是必需的，DS2755在2節(jié)電池的應(yīng)用中仍然可以被用來(lái)測(cè)量電池電壓。圖1給出了可能的解決方案，其中PIO用來(lái)切換比較器的輸出，驅(qū)動(dòng)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)至比較器的電源電壓或地。PIO為低時(shí)，VIN上的電壓為雙節(jié)電池電壓的一半；PIO為高時(shí)，VIN為0V。為了向DS2755提供恒定電源，需要一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)來(lái)使雙節(jié)電池電壓降到一個(gè)合適的電平。還需要一個(gè)雙節(jié)電池保護(hù)器來(lái)保護(hù)電池組，避免故障狀態(tài)危及電池安全。如原理圖所示，所有電路應(yīng)該安排在保護(hù)器的外側(cè)(相對(duì)于電池側(cè))。 

圖1. 在2節(jié)鋰離子/聚合物電池組中使用DS2755電量計(jì)

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    詳細(xì)說(shuō)明

    DS2755的建議電源電壓范圍是2.5V至5.5V，可據(jù)此來(lái)選擇LDO的輸出電壓。LDO必須具有低靜態(tài)電流，且還要能夠處理多節(jié)電池組提供的輸入電壓。5V輸出的MAX1726 LDO可滿足所有這些條件，它支持12V最大輸入電壓，僅消耗2µA電源電流。采用5V輸出是因?yàn)楫?dāng)輸入電壓超過(guò)輸出電壓并上升時(shí)，LDO的效率隨之降低。因此，對(duì)于7.6V的額定輸入電壓，5V輸出電壓是最佳選擇。為防止DS2755中的數(shù)據(jù)丟失，MAX1726的SHDN引腳應(yīng)連接到輸入電壓，如圖1所示，以確保MAX1726不進(jìn)入關(guān)斷模式，關(guān)掉DS2755的電源。數(shù)據(jù)手冊(cè)中推薦的輸入和輸出電容是1µF。特定應(yīng)用中電容的選擇請(qǐng)參考MAX1726數(shù)據(jù)資料。
    DS2755電壓寄存器(地址0CH和0DH)可報(bào)告的最大電壓為4.99V。因此有必要采用一個(gè)分壓電路來(lái)將電池組電壓降到一個(gè)可測(cè)量的水平。為此，用了兩個(gè)100k精密電阻將電池組電壓衰減一半。在依靠電池供電的應(yīng)用中，通常不允許分壓電阻連續(xù)不斷地消耗電池電流，所以用比較器來(lái)接通和關(guān)斷分壓器電流。在這里我們采用納安級(jí)比較器TLV3701來(lái)實(shí)現(xiàn)這種開關(guān)，因?yàn)樗沙惺芨哌_(dá)16V的電源電壓，且據(jù)稱只有560nA的典型電源電流。DS2755的開漏輸出PIO引腳被用作比較器開關(guān)的控制引腳。若DQ線處于低電平超過(guò)2秒，或DS2755進(jìn)入休眠狀態(tài)，PIO引腳自動(dòng)變換成高阻狀態(tài)。上拉至LDO輸出的100k電阻可確保在此狀態(tài)中PIO為邏輯高電平。比較器的另一個(gè)輸入被連接到電池組中底部電池的正端。無(wú)論P(yáng)IO處于何種狀態(tài)，這種連接方式均能保證在比較器的輸入端有一個(gè)差分電壓。既然PIO被用于控制比較器，它就不能再用于產(chǎn)生中斷信號(hào)。置位ISO位(bit 2，地址31h)可禁止PIO的中斷功能。DQ引腳仍能用于產(chǎn)生中斷。 

    比較器輸出為低電平時(shí)，VIN上的電壓為0V。因此，欠壓休眠功能(UVEN)必須被禁止，否則，DS2755將無(wú)法被激活。向地址31h的bit 3寫入0可以禁止UVEN。需要測(cè)量電壓時(shí)，設(shè)置特殊功能寄存器中的PIO位(地址08h，bit 6)為0，隨后，至少延遲6.8ms。這個(gè)延遲是DS2755更新電壓寄存器為新的VIN引腳電壓所必需的。讀完電壓寄存器后，再將PIO位設(shè)置回1。將電壓寄存器的值乘以二可得到電池組的總電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將電壓寄存器的值乘二后再加0.1V，可得到1%精度的電池組總電壓測(cè)量精度。這個(gè)額外的0.1V用來(lái)補(bǔ)償比較器正電源到輸出的電壓降。對(duì)于“快照”工作模式，在發(fā)出"Sync"功能指令[D2h]之前，PIO必須保持為低。以確保在“快照”中記錄下真實(shí)的電壓值。 

    電池組保護(hù)可采用基于nMOS或pMOS的任何獨(dú)立式多節(jié)保護(hù)器。獨(dú)立式保護(hù)器被安排在DS2755靠近電池的一側(cè)，如圖1所示。在這種結(jié)構(gòu)中，若有故障發(fā)生，保護(hù)FET將切斷供給所有外部元件的電源。故障解除后，放電FET接通，所有元件的供電恢復(fù)。只要UVEN功能已被禁止，DS2755就能返回激活模式。在UVEN被禁止時(shí)，只有在PMOD位被設(shè)置為1(推薦)，且DQ保持邏輯低電平的時(shí)間超過(guò)2秒(電池組斷開)，DS2755才會(huì)進(jìn)入休眠模式。進(jìn)入低功耗休眠模式時(shí)，DS2755停止對(duì)溫度、電壓、電流和累計(jì)電流的測(cè)量。重新連接電池組并將DQ拉至高電平，可使DS2755返回激活模式。 

    圖1中的配置包含了最低要求的ESD保護(hù)。若需更可靠的ESD電路，請(qǐng)參考DS2755數(shù)據(jù)資料。 

    總結(jié)

    盡管DS2755是專為單節(jié)鋰離子/聚合物電池或2至3節(jié)NiMH電池組的應(yīng)用設(shè)計(jì)的，它也可以被用在包含更多電池的電池組中，作為監(jiān)視和電量計(jì)量元件。需要增加一個(gè)比較器和LDO來(lái)實(shí)現(xiàn)完整的方案，不過(guò)，推薦元件僅增加了2.6µA的電源電流。除了UVEN功能被禁止外，DS2755的大多數(shù)功能仍可以用在多節(jié)電池組應(yīng)用中。其中包括：高精度庫(kù)侖計(jì)，96字節(jié)的EEPROM，溫度、電壓及電流測(cè)量，唯一的64位ROM地址，快照模式，以及單線串行通信接口等。

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