如何使用低功耗電量計對原電池進(jìn)行電量計

原電池對電量計提出了特殊的挑戰(zhàn)。它們用于對電流消耗非常敏感的應(yīng)用。典型應(yīng)用包括智能傳感器、智能電表、火災(zāi)報警器和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這些設(shè)備必須運(yùn)行數(shù)月甚至數(shù)年，而無需充電或更換電池。在這些應(yīng)用中，電量計不得成為功耗的主要來源。電池的不可充電特性意味著電量計永遠(yuǎn)沒有機(jī)會了解電池的容量，必須通過精確的庫侖計數(shù)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)精度。對于某些化學(xué)品，平坦的電壓曲線也意味著直接電壓查找方法不可用。

MAX17201和MAX17211（MAX172x1）為低功耗電量計，具有出色的庫侖計數(shù)和溫度及電壓測量精度。這些IC的模擬功能及其內(nèi)核電壓電量計可用于在原電池應(yīng)用中提供關(guān)鍵信息。單節(jié)電池 IC （支持高達(dá) 5V） 的電流消耗僅為 9μA。本應(yīng)用筆記介紹如何在鋰基原電池中使用MAX172x1電量計。對于對電壓要求較高的應(yīng)用，請使用MAX17205和MAX17215。BATT 引腳可測量高達(dá) 20V 的電壓，分壓器可與 CELLX 引腳配合使用以獲得更高的電壓。本應(yīng)用筆記討論了MAX17201/MAX17211，但MAX17205/MAX17215可以替代更高電壓的應(yīng)用。表1列出了一些支持的細(xì)胞類型。

圖解的

原電池的原理圖偏離了典型實(shí)現(xiàn)方案，將芯片接地（CSN）連接到電池，使電量計忽略了自身的電流消耗。這種方法提高了庫侖計數(shù)器的精度。該方法的主機(jī)要求是將正庫侖計數(shù)視為放電，或者將電流增益設(shè)置為負(fù)增益，使庫侖計數(shù)器再次正常運(yùn)行。要將 CGAIN 更改為負(fù)數(shù)，nCGain 寄存器 應(yīng)設(shè)置為 0xC000，并且 nNVCfg0.enCG 位 （0x0040） 應(yīng)設(shè)置為 1，以便從 nCGain 寄存器恢復(fù) CGAIN 和 COff。圖1中的原理圖顯示了EP/GND至CSN的連接，突出顯示了與標(biāo)準(zhǔn)TDFN原理圖的偏差。

圖1.原電池應(yīng)用電路原理圖

檢測電阻選擇

圖1中的檢測電阻設(shè)置為100mΩ。與通常使用的100mΩ相比，10mΩ將電流測量的分辨率從0.15625mA提高到0.015625mA。具有更精細(xì)的分辨率可降低庫侖計數(shù)器的漂移，并允許在電流較低的應(yīng)用中進(jìn)行更好的測量。如果應(yīng)用使用超過500mA的放電電流，則應(yīng)減小檢測電阻值，以便測量全電流。表2顯示了各種檢測電阻值的電流范圍和測量失調(diào)。

最小化電量計電流

通過將電量計保持在始終休眠模式，電量計的靜態(tài)電流降至最低至 9μA。若要啟用始終休眠，請將 HibThreshold 值設(shè)置為 0 以最大化休眠模式允許的電流，并將 HibExitTime 設(shè)置為最大值以使電量計保持休眠模式。實(shí)現(xiàn)此目的的 nHibCfg 值的推薦值為 0x801B。應(yīng)啟用 nNVCfg0.enHCfg 位 （0x0002） 以允許將 nHibCfg 復(fù)制到 HibCfg?？梢园凑毡?2 中的說明設(shè)置 COff 寄存器，使電量計計算其自身的消耗電流。

此外，I2應(yīng)盡量減少 C 通信以減少偏移。由于通信線路的下拉電流通過芯片接地（CSN），因此通信電流全部通過檢測電阻。過度通信會導(dǎo)致更多電流通過R意義，產(chǎn)生虛擬充電電流。

報廢檢測

MAX17201/MAX17211還可以通過監(jiān)測電壓并報告通過內(nèi)部模型處理的開路電壓來提供報廢檢測。監(jiān)控 VFOCV 寄存器 （0xFB） 的開路電壓，以確定電壓何時接近使用壽命，而不會因電池上的負(fù)載脈沖而獲得錯誤讀數(shù)。應(yīng)使用電池的特殊模型來啟用報廢電壓報告。

評估庫侖計數(shù)器性能

MAX17201/MAX17211中的原始庫侖計數(shù)器可通過讀取QH和 QL寄存器（0x4D和0x4E）。QH表示高詞和QL表示 32 位庫侖計數(shù)器的低字。Q 的 LSBH寄存器是

5.0 .對于一個10Ω檢測電阻，對于Q Q，LSB為0.5mAhH.QLLSB 為 2-16Q 的 LSBH.

表2中列出的庫侖計數(shù)器的精度是通過記錄芯片庫侖計數(shù)器和定時器數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束來計算的，計算漂移為

，其中t2和 Q2是計時器和庫侖計數(shù)器值 （QH+ QL） 在測試結(jié)束時，并且1和 Q1是測試開始時的計時器和庫侖計數(shù)器。請注意，通過組合定時器（0x3E）和定時器（0xBE）寄存器，也可以使用電量計中的定時器寄存器進(jìn)行此測試，也可以使用系統(tǒng)時間。這些測試應(yīng)在固定負(fù)載和無負(fù)載下進(jìn)行，以測量失調(diào)和增益誤差。庫侖計數(shù)器的誤差會影響電量計在應(yīng)用中的精度。

MAX17201/MAX17211用于CR123應(yīng)用的示例，運(yùn)行時間為一年：

電池容量：1500mAh 運(yùn)行時間：1 年（8760 小時） 平均負(fù)載 （1500mAh
/8670h）
= 0.173mA 可使用 5000Ω 檢測電阻，失調(diào)為 0.2μA

本例中失調(diào)對庫侖計數(shù)器造成的誤差為0.2μA，而平均負(fù)載為173μA，誤差為0.115%。該失調(diào)誤差導(dǎo)致一年內(nèi)總庫侖計數(shù)增加或減少1.725mAh。

其他電路要求

雖然MAX17201/MAX17211的工作電壓為2.3V，但啟動電壓為2.9V。如果應(yīng)用需要較低的啟動電壓，則應(yīng)如圖2所示修改應(yīng)用電路。該原理圖要求 BATT 和 REG3 引腳由一個 3V >外部電壓供電。這可以來自電荷泵、穩(wěn)壓器或任何其他系統(tǒng)電源軌。在工廠非易失性存儲器編程期間，該IC的最大電流要求為10mA，持續(xù)約400ms。

圖2.外部 BATT 電源原理圖。

如果應(yīng)用需要監(jiān)控低于2V的電池電壓，則只需使用CELLx引腳進(jìn)行測量，并將CELL1和CELL2引腳鍵入>3V電源，即可繞過低壓數(shù)字模塊，如圖3所示。

圖3.低壓測量原理圖。

CELLx是一款高阻抗（典型值為400Ω）引腳，具有0至2V電壓輸入范圍。2Ω和3Ω用于保持CellX寄存器的LSB與正常電壓寄存器相同，同時最大限度地降低該電路增加的電流消耗。此模式需要使用 nPackCfg = 0x0D01，而不是標(biāo)準(zhǔn)配置中列出的0x0C01。主機(jī)軟件必須讀取位于地址0x0D9的CellX寄存器，而不是僅報告電源電壓的VCell寄存器。在此配置中，不支持使用 VFOCV 進(jìn)行壽命終止檢測。

結(jié)論

MAX17201/MAX17211可用于原電池應(yīng)用，但原理圖和存儲器配置有特殊考慮。所需的最小更改是設(shè)置 nCGain 和 nHibCfg 寄存器以及相應(yīng)的 nNVCfg0 位。示例INI設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鳎稍贛AX17201或MAX17211 IC上進(jìn)行測試。

審核編輯：郭婷