DS2786電池電量計在2節(jié)電池供電系統(tǒng)主機側的使用

摘要：DS2786獨立式、開路電壓(OCV)檢測電量計針對單節(jié)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(jié)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(jié)鋰離子電池供電系統(tǒng)電量的電路。

概述

DS2786獨立式、開路電壓(OCV)檢測電量計根據(jù)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(tǒng)后立即得到準確的電量信息。

盡管DS2786設計用于單節(jié)Li+電池系統(tǒng)，但也可以用來測量2節(jié)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(jié)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(jié)電池供電系統(tǒng)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(wěn)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(jié)Li+/鋰聚合物電池供電系統(tǒng)主機側的應用

由于2節(jié)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(wěn)壓器為VDD提供可接受的電壓。示例電路采用MAX1726EUK5 LDO提供穩(wěn)定的電壓。這款穩(wěn)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(wěn)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(jié)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(jù)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(shù)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(tǒng)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(lián)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	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?	?

總結

DS2786設計用于測量單節(jié)Li+電池電量，但經過修改后，可以在主機側測量2節(jié)電池的電量。本文給出的電路在DS2786標準電路的基礎上增加了一片IC，即可用于2節(jié)電池的電量測量。該電路使2節(jié)電池供電系統(tǒng)可充分利用DS2786的功能，實現(xiàn)獨立式、基于OCV的電量測量。