Franco Contadini 和 Alessandro Leonardi

評(píng)估 1S2P 架構(gòu)

評(píng)估簡(jiǎn)單的充電系統(tǒng)并測(cè)試其功能通常可以使用評(píng)估套件完成。這些套件包括所有必要的硬件和軟件應(yīng)用程序，以及基于圖形用戶界面 （GUI） 的工具和 API，用于配置充電系統(tǒng)。

然而，需要多個(gè)單元的復(fù)雜系統(tǒng)相應(yīng)地評(píng)估起來(lái)更加復(fù)雜。復(fù)雜系統(tǒng)可能有幾個(gè)需要表征的設(shè)備。開(kāi)發(fā)人員需要編寫(xiě)一些軟件代碼來(lái)讀取從不同系統(tǒng)部件生成的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行分析并采取行動(dòng)。考慮使用MAX17330的并聯(lián)電池快速充電系統(tǒng)中的兩個(gè)Li+電池。如數(shù)據(jù)資料所述，MAX17330可用于同時(shí)充電和控制兩節(jié)Li+電池。該系統(tǒng)需要兩個(gè)MAX17330 IC，每個(gè)IC管理一個(gè)Li+電池，以及一個(gè)能夠即時(shí)改變輸出電壓的降壓轉(zhuǎn)換器（如MAX20743）。

需要微控制器來(lái)配置和管理電池充電以及處理兩個(gè)IC之間的通信。因?yàn)樗窍到y(tǒng)測(cè)試的常用平臺(tái)，所以我們選擇了使用 Python 作為編程語(yǔ)言的 Raspberry Pi 板。樹(shù)莓派通過(guò) I 管理通信2C 并記錄對(duì)評(píng)估和調(diào)試有用的重要系統(tǒng)參數(shù)，包括充電電流、電池電壓和電池充電狀態(tài) （SOC）。這些值存儲(chǔ)在 Excel 文件中，以便進(jìn)行脫機(jī)分析。

測(cè)試 1S2P 架構(gòu)

本節(jié)介紹如何測(cè)試充電器和電量計(jì)（MAX17330）。它還描述了并行充電可以預(yù)期的實(shí)際性能。為了獲得最大的靈活性和控制力，該器件由微控制器使用 I 進(jìn)行編程2C.

圖1顯示了1S2P系統(tǒng)架構(gòu)以及評(píng)估兩節(jié)電池并聯(lián)充電所需的連接。Raspberry Pi控制三個(gè)評(píng)估板：一個(gè)MAX20743評(píng)估板（降壓轉(zhuǎn)換器）和兩個(gè)MAX17330評(píng)估板（充電器+電量計(jì)）。數(shù)據(jù)記錄在 Excel 文件中。

圖1.使用樹(shù)莓派的 1S2P 充電系統(tǒng)評(píng)估架構(gòu)。

提供基于GUI的MAX17330評(píng)估板軟件，可從MAX17330產(chǎn)品頁(yè)面的“工具和仿真”選項(xiàng)卡下載。它可用于生成初始化文件（.INI），使用配置向?qū)В◤钠骷x項(xiàng)卡中選擇）。INI文件包含寄存器地址/寄存器值格式的設(shè)備的寄存器初始化信息。這是微控制器用于通過(guò)寄存器配置MAX17330寄存器的文件。

MAX17330X2EVKIT數(shù)據(jù)資料詳細(xì)介紹了生成初始化文件所需的不同步驟。配置如圖2所示，用于開(kāi)始并聯(lián)充電。接下來(lái)，啟用步進(jìn)充電（見(jiàn)圖3）。圖 4 顯示了基于圖 3 中階躍充電配置的預(yù)期步進(jìn)充電曲線。

圖2.配置MAX17330進(jìn)行并聯(lián)充電。

圖3.啟用步進(jìn)充電。

MAX20734降壓轉(zhuǎn)換器用于在需要時(shí)增加施加到兩個(gè)MAX17330評(píng)估板的電壓。MAX20734降壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)地址0x21處的內(nèi)部寄存器值改變輸出電壓。降壓轉(zhuǎn)換器可通過(guò) I 進(jìn)行控制2C;Python 中的一個(gè)類(lèi)已經(jīng)編寫(xiě)了這樣做。

最后，如圖5所示，MAX20743EVKIT輸出電壓分壓器修改為3 V至4.6 V輸出范圍（使用R6 = 4K7和R9 = 1K3）。

從表 1 中，我們可以提取曲線：

其中x是我們要在輸出端施加的電壓。雖然這種方法會(huì)有輕微的誤差，但它是從電壓估計(jì)寄存器所需值的好方法。

通電和初始化

當(dāng)MAX17330首次連接到電池時(shí)，默認(rèn)寄存器值設(shè)置強(qiáng)制IC進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)。要喚醒設(shè)備，請(qǐng)按 PKWK 按鈕。這將縮短臨時(shí)保護(hù)MOSFET，并以這種方式喚醒MAX17330評(píng)估板。

接下來(lái)，樹(shù)莓派需要通過(guò) I 進(jìn)行通信2C 與所有三個(gè)設(shè)備。仔細(xì)初始化 I2C硬件，以避免設(shè)備地址沖突。默認(rèn)情況下，兩個(gè)MAX17330評(píng)估板使用相同的I。2C 地址。第一步是更改兩個(gè)電量計(jì)之一的地址。

MAX17330具有易失性和非易失性寄存器，非易失寄存器以“n”前綴標(biāo)識(shí)。這也會(huì)產(chǎn)生一對(duì)節(jié)點(diǎn)地址，6Ch（易失寄存器）和16h（NV寄存器）。

有兩種方法可以更改MAX17330上的器件節(jié)點(diǎn)地址：

? 使用 I 設(shè)置 nPackCfg NV 寄存器2CSid 字段。可以使用配置向?qū)гO(shè)置此更改。請(qǐng)參閱表 3。
? I2CCmd 寄存器允許動(dòng)態(tài)更改 I2C總線。見(jiàn)表4。

為了便于使用，我們使用第二種方法來(lái)更改地址，以便可以使用相同的INI文件來(lái)初始化兩個(gè)設(shè)備。生成可由兩臺(tái)設(shè)備共享的設(shè)置可簡(jiǎn)化設(shè)備的配置，并消除必須手動(dòng)輸入地址時(shí)出現(xiàn)用戶錯(cuò)誤的可能性。

圖4.基于圖3中步進(jìn)充電配置的預(yù)期階躍充電曲線。

圖5.輸出電壓分壓器已修改為3 V至4.6 V的輸出范圍（R6 = 4 K7和R9 = 1 K3）。

由于兩個(gè)MAX17330器件共享相同的I2C總線，此過(guò)程要求一個(gè)器件的ALRT信號(hào)必須設(shè)置為低電平，而另一個(gè)器件設(shè)置為高電平。

MAX4數(shù)據(jù)資料中的表17330顯示了I2CCmd寄存器如何根據(jù)ALERT GPIO引腳值動(dòng)態(tài)改變器件地址。在這種情況下，GoToSID 和 INcSID 字段用于更改 I2C 地址：

? 將ALRT_A邏輯設(shè)置為低
電平 ? 將ALRT_B邏輯設(shè)置為高
電平 ? 寫(xiě)入 I2CCmd = 0 × 0001 → MAX17330_A地址保持在 6Ch/16h → MAX17330_B地址設(shè)置為 ECh/96h

一旦每個(gè)設(shè)備都有自己唯一的地址，整個(gè)系統(tǒng)就可以由單個(gè)微控制器控制。

這是微控制器完成 I 的腳本2C 配置。這將是系統(tǒng)初始化的一部分。

? 加載 INI 文件
?斷言ALRT_A和ALRT_B，以保持SYSP和BATTP之間的路徑打開(kāi)
?閱讀VBATT_A和VBATT_B
? VMAX = 最大值（VBATT_A、VBATT_B）
? 設(shè)置 VOUT = VMAX + 50 mV
? 發(fā)布ALRT_A和ALRT_B
? 設(shè)置 nProtCfg.OvrdEn = 0 以使用 ALRT 作為輸出

請(qǐng)參閱表 6。

非易失性空間中的某些寄存器需要重新啟動(dòng)固件才能使更改生效。因此，需要執(zhí)行以下步驟：

?斷言Config2.POR_CMD重新啟動(dòng)固件

請(qǐng)參閱表 7。

接下來(lái)，我們需要啟用充電器的中斷：

? set （Config.Aen 和 Config.Caen） = 1

請(qǐng)參閱表 8。

現(xiàn)在設(shè)備已初始化。

記錄數(shù)據(jù)和中斷

我們需要能夠讀取寄存器以記錄數(shù)據(jù)并檢查是否在警報(bào) GPIO 行上生成了中斷。我們可以使用此腳本：

設(shè)置 500 毫秒定時(shí)器
? VMIN = 最小值 （VBATT_A， VBATT_B）
? Vsys_min = nVEmpty[15：7]
? 交叉充電 = 假
? 如果 （VMIN VMIN + 400 mV 和 ！交叉充電）
確定要阻止的電池以避免交叉充電
配置2.塊Dis = 1
還
配置2.塊Dis = 0
如果低電量遠(yuǎn)低于高電池電量，則允許放電

見(jiàn)表9、10和11。

當(dāng)ALRT從MAX17330置位時(shí)，主機(jī)將執(zhí)行以下操作：

讀取狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)
如果設(shè)置
了 Status.CA 讀取 ChgStat 寄存器
如果 ChgStat.Dropout = 1 →增加 V外
如果 （ChgStat.CP 或 ChgStat.CT） = 1 →減少 V外
清除 Status.CA

見(jiàn)表12和表13。

圖6顯示了從記錄數(shù)據(jù)（Excel文件）中提取的并行充電圖。請(qǐng)注意它如何遵循步進(jìn)充電配置文件。

FProtStat 寄存器

圖6.平行充電圖。

或者，一旦器件從恒流（CC）階段移動(dòng)到恒壓（CV）階段，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電壓可以降低如下：

?如果 VBATT = 充電電壓
閱讀 ChgStat 注冊(cè)
如果 ChgStat.CV = 1 →降低 VOUT，直到 VPCK = 充電電壓 + 25 mV

這些是管理 1S2P 充電配置所需的所有步驟。MAX17330用戶代碼中包括.zip用于配置降壓轉(zhuǎn)換器（MAX20743）以及充電器和電量計(jì)（MAX17330）的Python代碼。它還包括Excel數(shù)據(jù)日志，用于捕獲重要的充電參數(shù)并評(píng)估步進(jìn)充電曲線。通過(guò)管理MAX17330產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)，微控制器使MAX17330的線性充電器接近壓差，從而最大限度地降低功耗，從而允許高充電電流。使用MAX17330的電池組存儲(chǔ)上主微控制器實(shí)現(xiàn)高效快速充電所需的已安裝電池的參數(shù)。這使得OEM廠商可以用更簡(jiǎn)單、更便宜的降壓轉(zhuǎn)換器替換標(biāo)準(zhǔn)充電器IC器件，而不會(huì)影響性能或可靠性。

結(jié)論

設(shè)備充電時(shí)間是最重要的用戶體驗(yàn)考慮因素之一。使用MAX17330這樣的降壓轉(zhuǎn)換器可以有效地管理非常高的電流，從而縮短小尺寸IC封裝的充電時(shí)間。支持極高電流并聯(lián)充電的能力，例如使用兩個(gè)MAX17330，使開(kāi)發(fā)人員能夠以安全可靠的方式為多節(jié)電池充電，將充電時(shí)間降至最低。

審核編輯：郭婷