三种电量计在手持设备中的实现方法

图3 电池充放电示意

电量计按其位置来分，可以分为两种：电池侧电量计和系统侧电量计。电池侧电量计解释电量计量芯片直接设计在电池组中，电量计芯片永远检测一个电池，能够实时检测电池的充放电、自放电和自身老化等等，即使电池未被使用时，这些电池参数在实时地检测。该种电量比较精确，但是成本较高，电池接口复杂，系统对电池的兼容性较差。

而系统侧电量计是指电量计设计在系统侧而不是在电池组里，这样可以避免电池组的重新设计，减小的电池的管脚，系统可以兼容更多的电池。并且便携式设备要求电池体积越来越小，而容量越来越大，在系统侧实现电量计比在电池中实现更为简单便捷。但是，系统侧的电量计需要更为复杂的软件算法，解决电池的初次预估的问题、兼容不同特性电池的问题等等。

2，STC3100介绍和设计注意事项

STC3100是带库仑计的电池监控芯片，它能够监控电池的电压、温度、和电流，集成一个可编程的12～14位的ADC，硬件积分器用于库仑计功能的计算，所测电流最大可达2.5A，积分器可以用7000mAh的电池，分辨率可达0.2mAh. 其内部框图如图4所示。

图4 STC3100内部框图

STC3100带有一个I2C接口与处理器端进行通讯，并且集成了32bytes的RAM，用于存储电池的电量或其他特性信息。GPIO管脚可以用来作为电池低压报警使用，其应用框图如图5所示。

图5 STC3100电量计量框图

STC3100中的库仑计需要一个32.768kHz的时钟，用于作为计算电量的时基，其精度直接影响电量的计算精度。 STC3100支持内部和外部的时钟，外部时钟优先的原则，并且能够自动检测是否存在外部时钟源，也可以通过设置寄存器设置成强制使用外部时钟源。如图6所示，如果用内部时钟，一个200kohm 0.1%的电阻连接与Rosc管脚和地之间，内部时钟精度在其供电电压和工作温度范围内为2.5%。为得到更高的精度，只能采用外部输入高精度时钟源的方式。

图6 STC3100的两种时钟源

电流采样电阻Rcg是用采集流入或流出电池的电流，由于ADC采样的限制，该电阻的压降不能超过+/-80mV，所以，该阻值由应用中最大的峰值电流决定，如式一。如果峰值电流为2A，那么该阻值可以选择33mohm。

R_cg (Ohm)≤0.08A                                       （1）

电流电阻上的电压经ADC采样后放置于REG_CURRET（06H和07H）寄存器中，而ADC的LSB是11.7uV，这样就可以按式二计算实际流过的电流值：

I（mA）=REG_CURRET×11.77/R_cg              （2）

同时，STC3100会把Rcg两端的电压值与采样周期相乘后放入28位的累加器中，其中的高16位会放入REG_CHARGE（02h和03h）寄存器中,其实际的电量可以按式三计算。

Charge (mA.h)=6.70×REG_CHARGE/R_cg            （3）

STC3100自身的供电管脚Vcc和电池电压检测管脚Vin是分开的，如图7所示，这样很容易可以在电压检测管脚加入R2（1kohm）和C2(47nF~220nF)组成的ESD 保护和滤波电路，而电阻R1（150ohm）和齐纳二极管D1(5.6V)组成对Vcc的ESD保护电路，从而不会影响对电池电压的检测精度。电池电压和温度经ADC采样后分别放于REG_VOLTAGE 和REG_TEMPERATURE寄存器中，按照式三和式四可以分别计算出电池的实际电压和温度值。

Vbat（mV）=REG_VOLTAGE×2.44                      （4）
Vtem(℃)=REG_TEMPERATURE×0.125          （5）

STC3100的GND管脚要用一个PCB走线连接与电阻的地端，确保所有的电流都是流过该电阻的，避免产生电流的检测误差。

图7 STC3100的电源管脚和电池电压监控管脚

3，软件设计与验证

STC3100寄存器中可以直接读出电量的变化值、电池电压、电流、温度等数据，系统处理器需要在上电时，配置STC3100的寄存器，启动其电量计数功能，如果是第一次上电，需要通过检测的电池电压进行电池容量的初次预估。完成初次预估后就可以进行实时的电池电量的实时计算，软件的流程如图所8示。

图8 软件流程框图

电池的容量会随温度、充放电