多用電池充電控制器DS2770及應(yīng)用

　　1概述

　　DS2770電池監(jiān)測(cè)器和充電控制器能完成電池維護(hù)所需的各種功能，和主系統(tǒng)處理器使用時(shí)，DS2770能完成充電、剩余電量估算、安全監(jiān)測(cè)、永久數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。它有獨(dú)特的ID、數(shù)字溫度檢測(cè)器、測(cè)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(jì)時(shí)器、重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及可對(duì)鋰電池和鎳氫電池充電的控制器。電流測(cè)量通過(guò)25mW的集成電阻或外部檢測(cè)電阻完成，電流、電壓和溫度的精度能滿足電池充電控制和安全的需要，用戶可選用脈沖技術(shù)對(duì)鋰電池充電或d T/dt技術(shù)對(duì)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(fù)功能。處理器和DS2770用一線接口來(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、接地和一線接口。同時(shí)DS2770還有EEPROM和SRAM存儲(chǔ)器用于電池信息存儲(chǔ)。EEPROM存儲(chǔ)重要的電池?cái)?shù)據(jù)；SRAM存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)。

　　2內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(cè)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(cè)量后再?zèng)Q定是否充電。
• 　　腳4、5、6(SNS)：檢測(cè)電阻連接。接電池組的負(fù)極，用內(nèi)部檢測(cè)電阻時(shí)，檢測(cè)電阻接在VSS和SNS之間。
• 　　腳8(IS2)：電流檢測(cè)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(cè)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(fù)極，對(duì)外部檢測(cè)電阻方式，檢測(cè)電阻接在VSS和SNS之間。
• 　　腳14(DQ)：數(shù)據(jù)輸入／輸出。用1-線數(shù)據(jù)線。開(kāi)漏輸出激勵(lì)器，引腳接電池組的DATA端。引腳有用于檢測(cè)電源斷開(kāi)的內(nèi)部下拉。
• 　　腳15(VIN)：電壓檢測(cè)輸入。通過(guò)輸入引腳監(jiān)測(cè)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(yīng)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(xù)測(cè)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(tǒng)可采用此數(shù)據(jù)。僅當(dāng)狀態(tài)寄存器的PMOD設(shè)為1及以下情況出現(xiàn)時(shí)，DS2770才進(jìn)入睡眠模式：

　　CINI設(shè)為0，DQ線保持低電平超過(guò)2秒。如果在充電，則充電立即停止。

　　CINI設(shè)為1，DQ線保持低電平超過(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(xiàn)，DS2770進(jìn)入有源工作模式：

　　DQ線為高電平。

　　CINI設(shè)為1時(shí)，VCH的電壓大于VDD。

　　一旦DS2770識(shí)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(dāng)給VDD加電時(shí)，DS2770默認(rèn)為有源工作模式。

　　3.2充電功能

　　DS2770可單獨(dú)作為支持對(duì)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(fù)電池電壓，在圖2應(yīng)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(dá)到VLB時(shí)，UV升為高電平。當(dāng)涓流充電時(shí)，狀態(tài)寄存器的CSTAT1和CSTAT0被清零，相應(yīng)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(shè)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(dá)到VLB，開(kāi)始快速充電。充電開(kāi)始后，有下列情況出現(xiàn)，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(zhuǎn)換數(shù)據(jù)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(cè)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(nèi)，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線保持低電平大于2s，且CINI設(shè)為0，充電停止?？焖俪潆娖陂g，狀態(tài)寄存器的CTTATI和 CSTAT0相應(yīng)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(dāng)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(duì)電池進(jìn)行大電流充電，CC腳一直保持低電平，激勵(lì)pnp或p溝道MOSFET開(kāi)關(guān)。當(dāng)電池電壓達(dá)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(zhǎng)(875ms)的低電平。當(dāng)電池電壓又降至VCV以下，CC又變?yōu)榈碗娖?。由于CC占空因數(shù)變化慢，脈沖充電持續(xù)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(shè)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(dá)到3.0V，會(huì)出現(xiàn)從涓流充電向快速充電的轉(zhuǎn)換。三節(jié)電池的鎳氫電池在每節(jié)為1V時(shí)就開(kāi)始快速充電。雖然分壓器會(huì)影響電壓測(cè)量寄存器中的數(shù)值，但它可用來(lái)調(diào)節(jié)大電壓電池的轉(zhuǎn)換點(diǎn)。快速充電開(kāi)始后，DS2770用最新的溫度測(cè)量值來(lái)確定適當(dāng)?shù)膁 T/dt。如表1，為了避免由于I2R的發(fā)熱造成錯(cuò)誤的d T/dt檢測(cè)，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(cè)。芯片內(nèi)則平均溫度測(cè)量寄存器的值來(lái)確定溫度上升的變化率。在鎳氫電池?cái)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上表1列出實(shí)際的變化率，它是負(fù)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(cè)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(shè)置最大充電時(shí)間，快速充電開(kāi)始時(shí)CTR可預(yù)置初值，快速充電期間，CTR每56秒計(jì)數(shù)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(cè)量

　　在有源工作方式中，通過(guò)測(cè)量電流檢測(cè)電阻上的壓降，DS2770連續(xù)地測(cè)量流入流出電池的電流，DS2770有兩種方式：內(nèi)部25m歐姆檢測(cè)電阻和外部用戶選擇檢測(cè)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(cè)電阻的電壓降。正的VIS值表明電池在充電，而負(fù)的 VIS表明電池在放電。當(dāng)用外部檢測(cè)電阻時(shí)，為了保證電流測(cè)量電路的正確工作，電阻的一端必須直接接VSS(電池的負(fù)端)。 VIS是用15比特的精度測(cè)量的，電流寄存器中的測(cè)量值每3.52秒更新一次。電流寄存器的電流值是3.52秒內(nèi)的平均值，以下為電流寄存器格式，地址為0E和0F。

　　對(duì)內(nèi)部檢測(cè)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(dāng)報(bào)告電流值時(shí)，DS2770自動(dòng)補(bǔ)償內(nèi)部電阻的變化和溫度效應(yīng)。對(duì)外部檢測(cè)電阻方式，DS2770是把測(cè)量