鋰離子電池組充放電保護和容量均衡控制電路X3100／X3101應(yīng)用
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X3100用于四只串聯(lián)單體鋰離子電池保護和容量均衡，X3101用于三只串聯(lián)鋰離子電池組保護和容量均衡。這兩種器件內(nèi)部都具有過充電、過放電和過電流保護及延時電路、EEPROM存貯器、穩(wěn)壓器、控制充放電和電壓均衡的外接MOSFET的驅(qū)動電路、結(jié)構(gòu)寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器、模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和SPI串行接口等如圖1所示。
過充電、過放電和過電流門限值存貯在內(nèi)部EEPROM存貯器中電池的種類和參數(shù)也可寫入該存貯器，組成數(shù)字化電池組。各種保護門限值都可利用3MHz的SPI串行接口通過軟件獨立選擇，同時利用外接電容器可以改變各種保護的延遲時間。
利用內(nèi)部模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過外部帶有A／D變換器的微控制器，X3100／X3101允許從器件外部監(jiān)控單體電池的電壓和電流（利用電流采樣電阻），該控制器的軟件可算電池組的現(xiàn)有容量，同時利用軟件還可實現(xiàn)單體電池電壓均衡等功能。
X3100和X3101內(nèi)部含有一個電流采樣放大器，該放大器可選增益為10、25、80和160。這樣利用外部10位A／D變換器獲得的分辨率高于昂貴的14位A／D變換器。
2. 工作原理
X3100和X3101可實現(xiàn)單體鋰電池保護，它具有兩種不同的工作狀態(tài)。
首先，在正常工作狀態(tài)下，該器件周期地檢測每個單體鋰電池的過充電和過放電狀態(tài)，同時還連續(xù)監(jiān)控電池組的過電流狀態(tài)。各種保護狀態(tài)的門限值可由用戶通過軟件來選擇。達到某個保護門限值時，放電控制MOSFET、充電控制MOSFET或充放電控制MOSFET立即關(guān)斷，從而保護電池組。在過放電狀態(tài)下，X3100和X3101進入低功耗休眠狀態(tài)，從而節(jié)省電池的能量。在休眠狀態(tài)下，內(nèi)部穩(wěn)壓器關(guān)斷，停止對微控制器供電，這樣可進一步減小電池組的供電電流。
另外，在監(jiān)控狀態(tài)下，帶A／D變換器的微控制器，通過模擬多路轉(zhuǎn)換器輸出腳 AO和X3100或X3101內(nèi)部的模擬多路轉(zhuǎn)換器MUX測試每只單體電池的電壓和電池組的電流。該器件可實現(xiàn)過充電、過放電保護、電池組內(nèi)各單體電池容量均衡，電池組現(xiàn)有容量計算等功能，用戶利用軟件算法，可以使設(shè)定門限值滿足各種鋰電池的要求和所用單體鋰電池的要求。為了監(jiān)控這些電壓，所有保護電路均連續(xù)工作。
在典型應(yīng)用電路中，為了適應(yīng)智能電池系統(tǒng)的接口協(xié)議，微控制器也應(yīng)當(dāng)是可編程的，以便提供SMBus接口。加入這些功能后，由X3100或X3101組成的模塊可達到最新的工業(yè)電池組標(biāo)準(zhǔn)。
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