摘要:DS2786獨立式、開路電壓(OCV)檢測電量計針對單節鋰離子(Li+)電池包應用設計。然而,只需在典型應用電路中添加幾個額外器件,DS2786即可用來測量2節鋰離子電池包的電量。本應用筆記詳細說明了在主機側使用DS2786測量2節鋰離子電池供電系統電量的電路。
盡管DS2786設計用于單節Li+電池系統,但也可以用來測量2節電池的電量。本應用筆記介紹的電路通過添加一個IC即可利用DS2786在主機側測量2節電池電量,該電路可充分利用DS2786的所有功能,包括片上電壓、電流和溫度測量,兩路輔助電壓輸入以及2線接口。
圖1. DS2786在2節Li+/鋰聚合物電池供電系統主機側的應用
由于2節電池包的電壓超出了DS2786 VDD引腳的最大工作電壓,需要采用低功耗穩壓器為VDD提供可接受的電壓。示例電路采用MAX1726EUK5 LDO提供穩定的電壓。這款穩壓器的典型工作電流為2μA,關斷模式下電流僅為0.7μA,非常適合電池供電應用。5V輸出的LDO可確保DS2786 VDD引腳的電壓大于VIN引腳的電壓。為保證穩定性,LDO輸入、輸出電容可按推薦值選擇。如果采用其它LDO,需保證在任何情況下VDD引腳的電壓始終大于VIN引腳的電壓。
必須將2節電池包的電壓降至VIN引腳可接受的范圍。利用電阻R2和R3構成的分壓器可方便地將電池包電壓一分為二,采用這種方法,VIN引腳的電壓為電池包總電壓的一半。
該電路中,VOUT連接至兩個分壓電路(對于電池電量測量,這不是必需的)。電阻R0和電池包識別電阻提供AIN0的電壓源,用于識別不同的電池包。電阻R1和熱敏電阻提供AIN1的電壓源,用于測量電池包溫度。VOUT、AIN0和AIN1引腳可以用作其它用途,也可以不使用。
由電阻R2和R3組成的分壓器給系統設計人員帶來了一個難題,即在保持VIN電壓測量精度的同時最大程度地降低電池負載。增大電阻值能夠降低電流,但同時會增大由VIN輸入電阻(RIN)引起的電壓誤差。表1給出了三組電阻值,以及對應的電流和最差工作條件下的電壓誤差計算結果。查找表中的電池容量和電壓值均為DS2786給定的默認值。測量誤差在任意情況下的最大值約為3.67V至4V,此時電池電壓的放電曲線相對平坦。表1只考慮了最差條件下的RIN (最小值為15MΩ)與R2和R3并聯產生的測量誤差,電阻R2和R3間的差異也會帶來誤差,建議在同批次電阻中選取R2和R3。
表1. 分壓器不同取值時對應的誤差計算結果
概述
DS2786獨立式、開路電壓(OCV)檢測電量計根據電池閑置時的開路電壓估算鋰離子(Li+)和鋰聚合物(Li-Poly)電池的可用電量。通過儲存在IC中的查找表,由開路電壓(OCV)確定相應的電池電量。這一功能可以在電池包接入系統后立即得到準確的電量信息。盡管DS2786設計用于單節Li+電池系統,但也可以用來測量2節電池的電量。本應用筆記介紹的電路通過添加一個IC即可利用DS2786在主機側測量2節電池電量,該電路可充分利用DS2786的所有功能,包括片上電壓、電流和溫度測量,兩路輔助電壓輸入以及2線接口。
電路說明
圖1所示電路在2節電池供電系統的主機側使用DS2786,該電路額外增加了一片IC—低壓差(LDO)線性穩壓器,并在DS2786標準應用電路基礎上增添了一些分立元件。圖1. DS2786在2節Li+/鋰聚合物電池供電系統主機側的應用
由于2節電池包的電壓超出了DS2786 VDD引腳的最大工作電壓,需要采用低功耗穩壓器為VDD提供可接受的電壓。示例電路采用MAX1726EUK5 LDO提供穩定的電壓。這款穩壓器的典型工作電流為2μA,關斷模式下電流僅為0.7μA,非常適合電池供電應用。5V輸出的LDO可確保DS2786 VDD引腳的電壓大于VIN引腳的電壓。為保證穩定性,LDO輸入、輸出電容可按推薦值選擇。如果采用其它LDO,需保證在任何情況下VDD引腳的電壓始終大于VIN引腳的電壓。
必須將2節電池包的電壓降至VIN引腳可接受的范圍。利用電阻R2和R3構成的分壓器可方便地將電池包電壓一分為二,采用這種方法,VIN引腳的電壓為電池包總電壓的一半。
該電路中,VOUT連接至兩個分壓電路(對于電池電量測量,這不是必需的)。電阻R0和電池包識別電阻提供AIN0的電壓源,用于識別不同的電池包。電阻R1和熱敏電阻提供AIN1的電壓源,用于測量電池包溫度。VOUT、AIN0和AIN1引腳可以用作其它用途,也可以不使用。
注意事項
DS2786根據VIN引腳的開路電壓估算電池包容量,圖1所示電路僅測量了電池包電壓的二分之一,因此需要相應地修改存儲在DS2786 EEPROM中基于電壓的容量查找表。由電池包參數獲得的電壓和容量對應值存儲于EEPROM中,電壓值應除以2。例如,如果電池包在8V下容量為80%,則存儲值應為4V下80%。由電阻R2和R3組成的分壓器給系統設計人員帶來了一個難題,即在保持VIN電壓測量精度的同時最大程度地降低電池負載。增大電阻值能夠降低電流,但同時會增大由VIN輸入電阻(RIN)引起的電壓誤差。表1給出了三組電阻值,以及對應的電流和最差工作條件下的電壓誤差計算結果。查找表中的電池容量和電壓值均為DS2786給定的默認值。測量誤差在任意情況下的最大值約為3.67V至4V,此時電池電壓的放電曲線相對平坦。表1只考慮了最差條件下的RIN (最小值為15MΩ)與R2和R3并聯產生的測量誤差,電阻R2和R3間的差異也會帶來誤差,建議在同批次電阻中選取R2和R3。
表1. 分壓器不同取值時對應的誤差計算結果
? | R2 = R3 = 50kΩ, RIN = 15MΩ |
R2 = R3 = 100kΩ, RIN = 15MΩ |
R2 = R3 = 200kΩ, RIN = 15MΩ | ||||||||||
VIN RThevenin 24958.403 |
VIN RThevenin 49833.889 |
VIN RThevenin 99337.748 | |||||||||||
DS2786 Default Lookup Table Values | Voltage Measurement Error 0.00166389 |
Voltage Measurement Error 0.00332226 |
Voltage Measurement Error 0.00662252 | ||||||||||
Capacity (%) | Cell Voltage (V) | Δ Capacity (%) | Δ Voltage (mV) | Δ Capacity/Δ Voltage | Max VIN Error (mV) | Max Capacity Error (%) | Max Current (μA) | Max VIN Error (mV) | Max Capacity Error (%) | Max Current (μA) | Max VIN Error (mV) | Max Capacity Error (%) | Max Current (μA) |
100 | 4.17114 | 9.5 | 84.23 | 0.11279 | 6.94 | 0.78 | 83.42 | 13.86 | 1.56 | 41.71 | 27.62 | 3.12 | 20.86 |
90.5 | 4.08691 | 5.5 | 45.17 | 0.12177 | 6.80 | 0.83 | 81.74 | 13.58 | 1.65 | 40.87 | 27.07 | 3.30 | 20.43 |
85 | 4.04175 | 5 | 36.62 | 0.13653 | 6.73 | 0.92 | 80.83 | 13.43 | 1.83 | 40.42 | 26.77 | 3.65 | 20.21 |
80 | 4.00513 | 27.5 | 174.56 | 0.15754 | 6.66 | 1.05 | 80.10 | 13.31 | 2.10 | 40.05 | 26.52 | 4.18 | 20.03 |
52.5 | 3.83057 | 27.5 | 78.13 | 0.35200 | 6.37 | 2.24 | 76.61 | 12.73 | 4.48 | 38.31 | 25.37 | 8.93 | 19.15 |
25 | 3.75244 | 15 | 79.35 | 0.18905 | 6.24 | 1.18 | 75.05 | 12.47 | 2.36 | 37.52 | 24.85 | 4.70 | 18.76 |
10 | 3.67310 | 5 | 53.71 | 0.09309 | 6.11 | 0.57 | 73.46 | 12.20 | 1.14 | 36.73 | 24.33 | 2.26 | 18.37 |
5 | 3.61938 | 5 | 433.35 | 0.01154 | 6.02 | 0.07 | 72.39 | 12.02 | 0.14 | 36.19 | 23.97 | 0.28 | 18.10 |
0 | 3.18604 | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
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