在多節(jié)電池組應用中使用DS2755電池電量計

DS2755鋰離子/鎳氫電池電量計IC設計用于監(jiān)視單節(jié)鋰離子(Li+)電池或3節(jié)鎳氫(NiMH)電池組。只要對電路進行適當?shù)母模珼S2755還可用來監(jiān)測2節(jié)Li+電池組。本應用筆記描述了這樣一個參考電路，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。詳細討論了重要元件的設計，以及DS2755自身的配置問題。

介紹

DS2755高精度電池電量計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適當?shù)乃?，DS2755仍能在這些應用中用作電量計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/電流測量、電流累計(庫侖計數(shù))、96字節(jié)EEPROM及1-Wire通信接口等。

概述

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

圖1. 在2節(jié)鋰離子/聚合物電池組中使用DS2755電量計

詳細說明

DS2755的建議電源電壓范圍是2.5V至5.5V，可據(jù)此來選擇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輸出是因為當輸入電壓超過輸出電壓并上升時，LDO的效率隨之降低。因此，對于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引腳應連接到輸入電壓，如圖1所示，以確保MAX1726不進入關斷模式，關掉DS2755的電源。數(shù)據(jù)手冊中推薦的輸入和輸出電容是1µF。特定應用中電容的選擇請參考MAX1726數(shù)據(jù)資料。

DS2755電壓寄存器(地址0CH和0DH)可報告的最大電壓為4.99V。因此有必要采用一個分壓電路來將電池組電壓降到一個可測量的水平。為此，用了兩個100k精密電阻將電池組電壓衰減一半。在依靠電池供電的應用中，通常不允許分壓電阻連續(xù)不斷地消耗電池電流，所以用比較器來接通和關斷分壓器電流。在這里我們采用納安級比較器TLV3701來實現(xiàn)這種開關，因為它可承受高達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的控制引腳。若DQ線處于低電平超過2秒，或DS2755進入休眠狀態(tài)，PIO引腳自動變換成高阻狀態(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。比較器的另一個輸入被連接到電池組中底部電池的正端。無論PIO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。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，V_IN上的電壓為0V。因此，欠壓休眠功能(UVEN)必須被禁止，否則，DS2755將無法被激活。向地址31h的bit 3寫入0可以禁止UVEN。需要測量電壓時，設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。這個延遲是DS2755更新電壓寄存器為新的V_IN引腳電壓所必需的。讀完電壓寄存器后，再將PIO位設置回1。將電壓寄存器的值乘以二可得到電池組的總電壓。實驗結(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量精度。這個額外的0.1V用來補償比較器正電源到輸出的電壓降。對于“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”中記錄下真實的電壓值。

電池組保護可采用基于nMOS或pMOS的任何獨立式多節(jié)保護器。獨立式保護器被安排在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。只要UVEN功能已被禁止，DS2755就能返回激活模式。在UVEN被禁止時，只有在PMOD位被設置為1(推薦)，且DQ保持邏輯低電平的時間超過2秒(電池組斷開)，DS2755才會進入休眠模式。進入低功耗休眠模式時，DS2755停止對溫度、電壓、電流和累計電流的測量。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。若需更可靠的ESD電路，請參考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電池組的應用設計的，它也可以被用在包含更多電池的電池組中，作為監(jiān)視和電量計量元件。需要增加一個比較器和LDO來實現(xiàn)完整的方案，不過，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)電池組應用中。其中包括：高精度庫侖計，96字節(jié)的EEPROM，溫度、電壓及電流測量，唯一的64位ROM地址，快照模式，以及單線串行通信接口等。