不久前，“傳感器”一詞與“傳感器”同義。但是，情況已不再如此。傳感器和傳感器系統已經走過了漫長的道路，正在利用各種新技術。更高的集成度正在芯片上產生單片混合信號系統，可以嵌入到任何地方。現代智能手機可能是大規模生產的電池供電移動傳感器陣列的最佳典范，可以通過無線方式在全球范圍內進行訪問。

隨著舊電池技術被更新的電池化學和架構所取代，傳感器挑戰出現。板載和片上傳感器必須針對設計進行優化，以利用最新的電池技術。雖然有些傳感器可以像電阻一樣簡單，但其他傳感器需要高分辨率和混合信號技術來提供更準確的數據，以確保移動設備的長壽命，最佳性能和安全性。

本文將嵌入式傳感器視為優化和保護基于電池的設計的集成解決方案的一部分。將使用特定部分作為示例討論獨立拓撲和外圍拓撲。

電池控制器

現代電池供電系統的電子設備應該能夠在兩種狀態下運行。線路電源可用，而不是。在連接線路電源時，計量，監控和控制運行功率以及充電功率。斷開線路電源時，僅使用電池供電，應仔細監控。所采用的保護方案可以在充電器和手持或移動單元本身之間分配，每個保護方案應該容納特定的傳感器并防止它們可能暴露的條件。

例如，電池供電的系統線路隔離，不會受到電源線浪涌和尖峰的影響。手持和移動設計中可能不需要這些類型的傳感和抑制組件。然而，這些應該用在充電座中，因為線路故障可能會通過電路傳播并取出未受保護的電池。

現代電池技術可能對基于電池的傳感器提出其他挑戰過去。例如，已知許多當前使用的新電池技術在以某些方式受到應力時在非常高的溫度下快速點燃和燃燒。設計人員可能需要實施新的電池系統設計，以包括電池陣列中每個單獨電池的實時溫度監控。更老的，本質上更安全的電池技術永遠不需要這樣。

許多較新的電池管理芯片都包含特定于特定電池技術的專用硬件。例如，Microchip MCP73855T-I/MF針對鋰離子和鋰聚合物電池技術，提供400 mA快速充電，恒壓單電池解決方案，包括單個電池溫度監控以及過流傳感器。

MCP73855器件針對低成本和空間有限的設計。 16引腳4 mm x 4 mm封裝包含一個獨立的線性實現，用于電荷管理和控制（圖1）。

圖1：針對特定現代電池化學品的高度集成的獨立充電和安全控制器將傳感器集成為充電管理算法的一部分。閾值，速率和超時通常使用外部偏置組件執行。

一些不錯的功能包括單元預處理模式，允許使用外部電阻選擇精確控制涓流充電速率，閾值和超時。在進入恒流充電模式之前，這可以作為安全檢查（圖2）。選擇此部件的另一個好處是可以訪問EDA和CAD模型。

圖2：除非安全檢查通過，否則預充電安全模式允許產生故障標志和停止恒流充電模式。閾值和超時可通過外部偏置電阻進行編程。請注意，該圖不包含與溫度相關的波形控制。

獨立的Microchip Technology MCP73855T-I/MF可以提供報警和報警條件的狀態輸出，并可以數字化啟用和禁用。這樣，當充電器中沒有插入電池時，開關控件可以自動禁用該部件。這也允許用戶監控LED狀態指示燈。

添加MCU

當使用充電外圍設備與本地微控制器配合使用時，可以實現更高級別的控制和功能。以AMS AS8510-ASSM為例，它是數字控制和監控的基于分流器的電池傳感器的理想解決方案。

該器件具有集成的傳輸晶體管，可減少元件數量和高精度（ +/- 0.5％）預設電壓調節器。它還包括兩個數字濾波的16位Sigma Delta A/D轉換器以及用于外部溫度傳感器的可編程電流源。可以使用單個差分溫度傳感器，也可以將兩個單端傳感器或集成內部溫度復用到A/D轉換級，以提供最大的靈活性。

該部件的獨特功能是在執行系統誤差補償時繞過可編程增益放大器（PGA）的能力。通過消除信號鏈中的PGA，消除了增益漂移作為誤差源。因此，差分電池和電池接地信號路徑完全依賴于生產調整的內部Vref。

注意，如果智能微控制器負責，所有這些功能都可以實現。在這種情況下，由于采用串行SPI接口，AMS AS8510-ASSM及其所有設置，控制和數據均可以純數字格式訪問。通過成為充電控制器和傳感器外圍設備，可以實現更高水平的更精細控制。傳感器監控和充電控制可以是主控制器的后臺任務，但將涉及對主機微控制器進行編碼的額外步驟。

簡化學習并縮短開發時間，AMS AS8510 DEMOBOARD使用簡單的USB接口和基于PC的GUI，用于訪問所有設備寄存器和特殊設置。該開發解決方案中包含的代碼演示可以幫助減少學習和編碼時間。

AMS AS8510銅管微型板測試并演示了這種銅分流方法，并通過熱系數補償演示了電流測量。內部和銅質曲折熱傳感器都可以選擇作為測量路徑，這個緊湊的小型單元最多可以處理60 A（圖3）。

圖3：低成本的現成模塊允許快速測試和開發。該器件可實現高達60安培負載的熱系數補償，并使用SPI接口輕松連接到嵌入式控制器。

AMS還有一個使用這項技術的教學視頻，名為“用傳感器解決方案塑造世界”。

雖然許多電池設計針對的是具有有限突發電流水平的小型手持式應用，但更高功率的電池傳感器可以也提出了挑戰。更高電壓和更高電流技術可以使用分流和隔離設計方法，但這些可能會增加成本并增加空間限制。

例如，用作1000安培范圍的電流傳感器的0.01歐姆電阻將提供10伏滿量程范圍，易于衰減，可用于大多數混合信號微控制器。然而，同一個單元將需要10000瓦的部件，這是不小的壯舉。

專用傳感器用于更高功率的監控和能量電池和電池的保護。其中一個例子來自Vishay及其WBPK600L0A00010001電池傳感器（圖4）。

圖4：用于現代大電流電池應用的功率傳感器包括這個部分的系列傳感器，可以使用串行總線連續處理高達600安培的電流或2000安培的脈沖電源。

為了能夠通過高電流，電阻非常低，為100 microOhms與電池的電流串聯放置，電流可以是4到18伏。請注意該部分支持的高電流值。可以監測600安培的連續電流，或者高達2000安培的脈沖功率可以通過該電池傳感器。

低（<5 nH）電感有助于限制反激強度和堅固耐用的汽車功能密封包裝的工作溫度范圍為-40至+ 155°C。這部分使用串行LIN接口，作為從設備，可以遠程訪問和編程，以設置可變的采樣率。

總之，電池不像以前那樣，電池傳感器有必須適應提供安全有效的電池使用。雖然正在開發熱膨脹內部觸點等新技術以幫助保護電池在過熱條件下不會爆炸，但在可預見的未來，它仍將是基于傳感器的解決方案，以保護電池，設備和用戶。因此，重要的是不要過度輕松地進行電池管理，控制和感應。