锂离子电池组充放电保护和容量均衡控制电路X3100／X3101应用

·接通／关断充电器或用电设备时，电池组两端产生的瞬变电压
　　·某些东西或某人接触电池接点时产生的静电放电（ESD）
　　·用电设备中未滤除的噪声
　　·周围环境在电池组中产生的射频（RF）信号

　　这些干扰不仅能够引起X3100或X3101工作不正常，还可能损坏器件。为了滤除干扰，电容器可选用0.01μF陶瓷电容器，电阻的阻值应为10KΩ。为了减小干扰，PCB板上的布线应当尽可能短而宽，以便减小布线的阻抗，同时，各单体电池应当尽可能接近X3100或X3101的监控输入脚。

　　电阻RCB及其相连的N沟道MOSFET（VT6~VT9）用于均衡单体电池的电压。微控制器和SPI端口通过X3100或X3101内部的驱动电路控制开关MOSFET（VT6~VT9）导通与关断。VT6~VT9中任意一只导通时流过该MOSFET的电流受串联电阻RCB限制。因此，可以控制每只单体电池两端的电压。采用锂离子电池组时，各单体电池两端电压不均衡，将大大减小电池组的有用容量，电阻RCB的阻值应根据具体应用而变。

　　X3100或X3101内部4Kbit的EEPROM存贮器用于存贮电池的特性，如现有容量、电池组经历、充放电循环次数、最低／最高工作电压、电池组生产日期以及其他信息也都可存入EEPROM阵列。SPI串行母线提供与EEPROM的通信线路。

　　电流采样电阻RSENSE用来测试并监控流入或流出电池组的电流，从而防止电池组出现过电流状态。电阻RSENSE也用于通过微控制器从电池外部监控电池组的电流。

　　接在电池组外面的微控制器通用I／O端口需要接入VT4和VT5在某些情况（休眠状态）下，不接这些MOSFET上拉电阻可能将电压加到微控制器的Vcc脚，这个电压可能影响X3100或X3101内部稳压器的电压。这些MOSFET应当通过微控制器导通。

5. 通电时序

　　各单体电池接入保护电路后，X3100或X3101进入并维持在休眠状态，电池组不能正常供电。为了使X3100或X3101脱离休眠状态，大于16V（X3100的USLR）或12V（X3101的USLR）的电压应当加到Vcc脚，使电池组处充电状态。

　　USLR加到Vcc脚后，模拟信号选择脚（AS2～ASO）和SPI通信脚（ 、CLK、SI、SO）必须为低电平，这样X3100或X3101通电后才能进入正常工作状态。利用通电复位电路，可以完成这种功能。
不管是由接通电源后，或者是从休眠状态转入正常工作状态后，控制寄存器所有各位均为零。UVPC和OVPC位为零，充电控制和放电控制MOSFET均关断。微处理器通过SPI端口使MOSFET导通以前，应当检测电压和电流，软件应当避免MOSFET在起始测试／校准周期内导通。起始测试／校准周期应为tov+200ms或者tuv+200ms中持续时间更长的。

6. 内部保护功能

　　X3100和X3101除了周期地监控过充电和过放电状态外，还连续监控过流状态。当出现保护状态时，自动关断外接的充放电控制MOSFET，并且，当保护状态消失后，充放电控制MOSFET可自动恢复导通。

　　过充电电压UOV、过放电电压UUV和过电流检测电压UOC门限值都可通过软件单独选择，并且存贮在内部非易失性寄存器中。这样可以满足特性不同的锂离子电池对保护参数的要求。

　　过充电保护延迟时间tOV、过放电保护和释放延迟时间tUV／tUVR，以及过电流保护和释放时间tOC／tOCR，都可以通过改变OVT、UVT和OCT脚外接电容的容量来改变。

　　6.1 周期性保护监控

　　在正常工作状态下，模拟信号选择脚设定为AS2＝L AS1＝L AS0＝L。在这种状态下，为了节省能源，过充电和过放电保护电路通常处于关断状态，但是通过内部的保护采样速率定时器（PSRT）周期地接通过充电和过放电保护电路。在125ms周期内，过充电和过放电保护电路大约导通2ms。在正常工作状态下，过流状态是连续监控的。在监控状态下，过充电和过放电状态也是连续监控的。

　　6.2 过充电保护

　　X3100和X3101监控电池组中任意单体电池的电压（UCELL）。如果任意一只单体电池的电压UCELL高于过充电保护电压UOV，并且持续时间超过过充电延迟时间tOV后，外接的充电控制MOSFET关断（OVP／LMON脚电压为UCC）。X3100和X3101进入过充电保护状态。应当说明，此时UVP脚电压控制的放电MOSFET将不受过充电状态影响。

　　在过充电保护状态下，控制寄存器中的OVPC位的状态有可能改变，这样将使OVP／LMON脚电压变为USS（充电控制MOSFET导通），但是X3100和X3101脱离过充电状态以前，OVP脚的电压将不改变。
改变OVT和GND脚外接电容器COV的容量可改变过充电保护延迟时间tOV。典型的过充电延迟时间tOV如表19所列。延迟时间可按下式近似计算：

　　在过充电状态下，该器件仍连续监控单体电池的电压，当所有单体电池的电压UCELL都低于过充电释放电压UOVR时，该器件脱离过充电状态，同时充电控制MOSFET自动导通（OVP／LMON脚电压变为USS）。在该器件脱离过充电保护状态时，放电控制MOSFET的工作不受影响。

6.3 过放电保护

　　如果任意单体电池的电压UCELL低于过放电保护电压UUV，并且持续时间大于过放电延迟时间tUV后，电池组将进入过放电保护状态。此时，X3100和X3101输出信号使放电控制MOSFET自动关断（UVP／OCP脚电压变为UCC）。然后，该器件进入休眠状态。此后X3100／X3101必须完成以下步骤，电池组才能放电：

　　──　X3100和X3101脱离休眠状态。
　　── 必需利用微控制器并经过控制寄存器使充电控制MOSFET导通（OVP／LMON脚电压变为USS）。
　　── 所有单体电池的电压UCELL必须高于过放电释放电压UUVR并且持续时间必须超过过放电释放延迟时间tUVR。
　　── 必须利用微控制器并经过控制寄存器使放电控制MOSFET导通。
　　
　　过放电保护和过放电释放延迟时间tUV和tUVR，可以通过改变UVT和GND脚外接电容器CUV的容量来改变。tUV、tUVR与CUV的关系如下：