在多节电池组应用中使用DS2755电池电量计

介绍
　　DS2755高精度电池电量计的工作电压范围适合于单节锂离子/聚合物电池，或2到3节镍氢电池组。但是，还有很多应用需要更多节的串连电池组。只要将多节电池的电压降到一个适当的水平，DS2755仍能在这些应用中用作电量计IC。采用这种方法后，DS2755的所有功能仍然有效，包括快照模式、可编程中断、温度/电压/电流测量、电流累计(库仑计数)、96字节EEPROM及1-Wire通信接口等。

概述
　　正如应用笔记Lithium-Ion Fuel Gauging with Dallas Semiconductor Battery Monitor ICs中所描述的，尽管对于基本的电量计量功能而言不是必需的，DS2755在2节电池的应用中仍然可以被用来测量电池电压。图1给出了可能的解决方案，其中PIO用来切换比较器的输出，驱动电阻分压网络至比较器的电源电压或地。PIO为低时，VIN上的电压为双节电池电压的一半；PIO为高时，VIN为0V。为了向DS2755提供恒定电源，需要一个低压差线性稳压器(LDO)来使双节电池电压降到一个合适的电平。还需要一个双节电池保护器来保护电池组，避免故障状态危及电池安全。如原理图所示，所有电路应该安排在保护器的外侧(相对于电池侧)。

图1. 在2节锂离子/聚合物电池组中使用DS2755电量计 详细说明 　　DS2755的建议电源电压范围是2.5V至5.5V，可据此来选择LDO的输出电压。LDO必须具有低静态电流，且还要能够处理多节电池组提供的输入电压。5V输出的MAX1726 LDO可满足所有这些条件，它支持12V最大输入电压，仅消耗2µA电源电流。采用5V输出是因为当输入电压超过输出电压并上升时，LDO的效率随之降低。因此，对于7.6V的额定输入电压，5V输出电压是最佳选择。为防止DS2755中的数据丢失，MAX1726的SHDN引脚应连接到输入电压，如图1所示，以确保MAX1726不进入关断模式，关掉DS2755的电源。数据手册中推荐的输入和输出电容是1µF。特定应用中电容的选择请参考MAX1726数据资料。 　　 　　DS2755电压寄存器(地址0CH和0DH)可报告的最大电压为4.99V。因此有必要采用一个分压电路来将电池组电压降到一个可测量的水平。为此，用了两个100k精密电阻将电池组电压衰减一半。在依靠电池供电的应用中，通常不允许分压电阻连续不断地消耗电池电流，所以用比较器来接通和关断分压器电流。在这里我们采用纳安级比较器TLV3701来实现这种开关，因为它可承受高达16V的电源电压，且据称只有560nA的典型电源电流。DS2755的开漏输出PIO引脚被用作比较器开关的控制引脚。若DQ线处于低电平超过2秒，或DS2755进入休眠状态，PIO引脚自动变换成高阻状态。上拉至LDO输出的100k电阻可确保在此状态中PIO为逻辑高电平。比较器的另一个输入被连接到电池组中底部电池的正端。无论PIO处于何种状态，这种连接方式均能保证在比较器的输入端有一个差分电压。既然PIO被用于控制比较器，它就不能再用于产生中断信号。置位ISO位(bit 2，地址31h)可禁止PIO的中断功能。DQ引脚仍能用于产生中断。 　　比较器输出为低电平时，VIN上的电压为0V。因此，欠压休眠功能(UVEN)必须被禁止，否则，DS2755将无法被激活。向地址31h的bit 3写入0可以禁止UVEN。需要测量电压时，设置特殊功能寄存器中的PIO位(地址08h，bit 6)为0，随后，至少延迟6.8ms。这个延迟是DS2755更新电压寄存器为新的VIN引脚电压所必需的。读完电压寄存器后，再将PIO位设置回1。将电压寄存器的值乘以二可得到电池组的总电压。实验结果表明，将电压寄存器的值乘二后再加0.1V，可得到1%精度的电池组总电压测量精度。这个额外的0.1V用来补偿比较器正电源到输出的电压降。对于"快照"工作模式，在发出"Sync"功能指令[D2h]之前，PIO必须保持为低。以确保在"快照"中记录下真实的电压值。 　　电池组保护可采用基于nMOS或pMOS的任何独立式多节保护器。独立式保护器被安排在DS2755靠近电池的一侧，如图1所示。在这种结构中，若有故障发生，保护FET将切断供给所有外部元件的电源。故障解除后，放电FET接通，所有元件的供电恢复。只要UVEN功能已被禁止，DS2755就能返回激活模式。在UVEN被禁止时，只有在PMOD位被设置为1(推荐)，且DQ保持逻辑低电平的时间超过2秒(电池组断开)，DS2755才会进入休眠模式。进入低功耗休眠模式时，DS2755停止对温度、电压、电流和累计电流的测量。重新连接电池组并将DQ拉至高电平，可使DS2755返回激活模式。 图1中的配置包含了最低要求的ESD保护。若需更可靠的ESD电路，请参考DS2755数据资料。 总结 　　尽管DS2755是专为单节锂离子/聚合物电池或2至3节NiMH电池组的应用设计的，它也可以被用在包含更多电池的电池组中，作为监视和电量计量元件。需要增加一个比较器和LDO来实现完整的方案，不过，推荐元件仅增加了2.6µA的电源电流。除了UVEN功能被禁止外，DS2755的大多数功能仍可以用在多节电池组应用中。其中包括：高精度库仑计，96字节的EEPROM，温度、电压及电流测量，唯一的64位ROM地址，快照模式，以及单线串行通信接口等。