多用電池充電控制器DS2770及應用

　　1概述

　　DS2770電池監(jiān)測器和充電控制器能完成電池維護所需的各種功能，和主系統(tǒng)處理器使用時，DS2770能完成充電、剩余電量估算、安全監(jiān)測、永久數據存儲等功能。它有獨特的ID、數字溫度檢測器、測量電池電壓電流的A/D變換器、控制電池電流流入流出量的集成電流累加器、耗時計時器、重要數據存儲器及可對鋰電池和鎳氫電池充電的控制器。電流測量通過25mW的集成電阻或外部檢測電阻完成，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對鋰電池充電或d T/dt技術對鎳氫電池充電，此外，為了更安全便利，還有可編程的充電定時器和電池低壓恢復功能。處理器和DS2770用一線接口來傳遞信息。因此DS2770僅需四個輸出 連接：電池功率、充電電源、接地和一線接口。同時DS2770還有EEPROM和SRAM存儲器用于電池信息存儲。EEPROM存儲重要的電池數據；SRAM存儲臨時數據。

　　2內部結構及引腳功能

　　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測量后再決定是否充電。
• 　　腳4、5、6(SNS)：檢測電阻連接。接電池組的負極，用內部檢測電阻時，檢測電阻接在VSS和SNS之間。
• 　　腳8(IS2)：電流檢測輸入。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。直接接電池的負極，對外部檢測電阻方式，檢測電阻接在VSS和SNS之間。
• 　　腳14(DQ)：數據輸入／輸出。用1-線數據線。開漏輸出激勵器，引腳接電池組的DATA端。引腳有用于檢測電源斷開的內部下拉。
• 　　腳15(VIN)：電壓檢測輸入。通過輸入引腳監(jiān)測電池的電壓。
• 　　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)測量電流、電壓、溫度和時間，而且有電流流量累加和充電控制。主系統(tǒng)可采用此數據。僅當狀態(tài)寄存器的PMOD設為1及以下情況出現(xiàn)時，DS2770才進入睡眠模式：

　　CINI設為0，DQ線保持低電平超過2秒。如果在充電，則充電立即停止。

　　CINI設為1，DQ線保持低電平超過2秒。如果在充電，則充電完成后進入睡眠模式。

　　而以下情況出現(xiàn)，DS2770進入有源工作模式：

　　DQ線為高電平。

　　CINI設為1時，VCH的電壓大于VDD。

　　一旦DS2770識別出DQ低電平超過 2秒，就進入睡眠模式，電源電流降到ISLEEP將用時11 秒。當給VDD加電時，DS2770默認為有源工作模式。

　　3.2充電功能

　　DS2770可單獨作為支持對鋰電池和鎳氫電池充電的控制器工作，充電的電池類型通過狀態(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外部直流或限流充電電源的開/關選通完成，如果電池電壓低于 VLB且有充電電源，腳UV降為低電平，在快速充電開始前，要以小充電速率恢復電池電壓，在圖2應用電路中，UV通過一個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)無關，電池電壓達到VLB時，UV升為高電平。當涓流充電時，狀態(tài)寄存器的CSTAT1和CSTAT0被清零，相應地用0、1值表示充電。

　　通過下列方式之一可開始快速充電：

　　發(fā)出開始充電命令(B5h)；

　　狀態(tài)寄存器的CINI設為1時，VCH腳上有充電電源。

　　注：如果VDD低于1.8V，電池涓流充電達到VLB，開始快速充電。充電開始后，有下列情況出現(xiàn)，快速充電推遲：

　　充電溫度超過TCL(0°C)和TCH(40°C)；

　　VCH小于VDD；

　　轉換數據無效；

　　電池電壓低于VLB(3.0V)。

　　以上狀況消失后，低電平CC腳開始快速充電，在快充期間，CC保持低電平，僅在周期性的測試充電電源是否過早斷開時，CC每55ms有約27ms升為高電平。只要充電電源未斷開，溫度在有效范圍內，充電就以CTYPE所選方式進行。如果充電電源斷開或發(fā)出停止充電命令(BEh)，CC升為高電平，而且充電也要重新開始。如果 DQ線保持低電平大于2s，且CINI設為0，充電停止?？焖俪潆娖陂g，狀態(tài)寄存器的CTTATI和 CSTAT0相應地用0，1表示；充電完成，CSTAT1和CSTAT0用1，1表示。充電狀態(tài)鎖存時要清零。一旦充電完成或失敗，DS2770可進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，當電池電壓低于充電電壓閾值VCV時，通過控制充電電源的電流對電池進行大電流充電，CC腳一直保持低電平，激勵pnp或p溝道MOSFET開關。當電池電壓達到VCV，則采用脈沖充電技術，在CC變?yōu)楦唠娖胶?，允許CC保持tVCV時長(875ms)的低電平。當電池電壓又降至VCV以下，CC又變?yōu)榈碗娖?。由于CC占空因數變化慢，脈沖充電持續(xù)進行，電池電壓衰減時間超過13.125s，充電停止。充電衰減時間包括875ms的低電平時間和時間為14s的15個周期的高電平，平均充電率是設置充電率的1/16。

　　3.4鎳氫電池充電

　　在鎳氫充電期間，通過UV和CC引腳控制電池的充電電流，由于電池達到3.0V，會出現(xiàn)從涓流充電向快速充電的轉換。三節(jié)電池的鎳氫電池在每節(jié)為1V時就開始快速充電。雖然分壓器會影響電壓測量寄存器中的數值，但它可用來調節(jié)大電壓電池的轉換點。快速充電開始后，DS2770用最新的溫度測量值來確定適當的d T/dt。如表1，為了避免由于I2R的發(fā)熱造成錯誤的d T/dt檢測，在第一個五分鐘的溫度變化率無效，五分鐘后，用表1中的一個初始變化率開始dT/dt檢測。芯片內則平均溫度測量寄存器的值來確定溫度上升的變化率。在鎳氫電池數據的基礎上表1列出實際的變化率，它是負載上的瞬時dT/dt變化率。

　　3.5輔助充電裝置

　　芯片有兩個輔助充電裝置，如果電池超過最大充電溫度或充電定時已到，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TMCT(＋50°C)，充電期間，若測量的溫度超過TMCT，充電停止。在充電定時寄存器(CTR)中可設置最大充電時間，快速充電開始時CTR可預置初值，快速充電期間，CTR每56秒計數一次地減少，如果CTR減少到零，充電停止。由于CTR是被寫入的，要修改最大充電時間，可在充電時任一時間重新寫入CTR的值。CTR的格式如下，地址為06。

　　3.6電流測量

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

　　對內部檢測電阻方式，DS2770以安培為單位，用總值為0.048A精度為62.5uA的電流寄存器，當報告電流值時，DS2770自動補償內部電阻的變化和溫度效應。對外部檢測電阻方式，DS2770是把測量