多用电池充电控制器DS2770及应用

　　1概述

　　DS2770电池监测器和充电控制器能完成电池维护所需的各种功能，和主系统处理器使用时，DS2770能完成充电、剩余电量估算、安全监测、永久数据存储等功能。它有独特的ID、数字温度检测器、测量电池电压电流的A/D变换器、控制电池电流流入流出量的集成电流累加器、耗时计时器、重要数据存储器及可对锂电池和镍氢电池充电的控制器。电流测量通过25mW的集成电阻或外部检测电阻完成，电流、电压和温度的精度能满足电池充电控制和安全的需要，用户可选用脉冲技术对锂电池充电或d T/dt技术对镍氢电池充电，此外，为了更安全便利，还有可编程的充电定时器和电池低压恢复功能。处理器和DS2770用一线接口来传递信息。因此DS2770仅需四个输出 连接：电池功率、充电电源、接地和一线接口。同时DS2770还有EEPROM和SRAM存储器用于电池信息存储。EEPROM存储重要的电池数据；SRAM存储临时数据。

　　2内部结构及引脚功能

　　DS2770采用16脚TSSOP封装，引脚排列如图1所示。

　　DS2770引脚功能如下：

• 　　脚1(UV)：电池欠压检测输出。电池电压低于最低电池电压阈值(VLB)，该脚以小充电率给电池充电。
• 　　脚2(CC)：充电控制输出。电池电压大于或等于VLB，该脚控制电池的充电。
• 　　脚3(VCH)：充电电源输入。充电电源接此脚，DS2770测量后再决定是否充电。
• 　　脚4、5、6(SNS)：检测电阻连接。接电池组的负极，用内部检测电阻时，检测电阻接在VSS和SNS之间。
• 　　脚8(IS2)：电流检测输入。用10kW电阻把引脚接到SNS，IS1和IS2之间接0.1mF的电容完成低通滤波。
• 　　脚9(IS1)：电流检测输入。用10kW电阻把引脚接到VSS，IS1和IS2之间接0.1mF的电容完成低通滤波。
• 　　脚11、12、13(VSS)：元件接地。直接接电池的负极，对外部检测电阻方式，检测电阻接在VSS和SNS之间。
• 　　脚14(DQ)：数据输入／输出。用1-线数据线。开漏输出激励器，引脚接电池组的DATA端。引脚有用于检测电源断开的内部下拉。
• 　　脚15(VIN)：电压检测输入。通过输入引脚监测电池的电压。
• 　　脚16(VDD)：电源输入。用于DS2770的输入电源电压(2.7～5.5V)
• 　　脚7和10(NC)：空脚。

　　3功能及应用

　　3.1电源方式

　　DS2770有两种电源方式：有源模式和睡眠模式。在有源工作模式，DS2770连续测量电流、电压、温度和时间，而且有电流流量累加和充电控制。主系统可采用此数据。仅当状态寄存器的PMOD设为1及以下情况出现时，DS2770才进入睡眠模式：

　　CINI设为0，DQ线保持低电平超过2秒。如果在充电，则充电立即停止。

　　CINI设为1，DQ线保持低电平超过2秒。如果在充电，则充电完成后进入睡眠模式。

　　而以下情况出现，DS2770进入有源工作模式：

　　DQ线为高电平。

　　CINI设为1时，VCH的电压大于VDD。

　　一旦DS2770识别出DQ低电平超过 2秒，就进入睡眠模式，电源电流降到ISLEEP将用时11 秒。当给VDD加电时，DS2770默认为有源工作模式。

　　3.2充电功能

　　DS2770可单独作为支持对锂电池和镍氢电池充电的控制器工作，充电的电池类型通过状态寄存器CTYPE选择(0用于锂电池，1用于镍氢电池)。两者的充电控制是通过外部直流或限流充电电源的开/关选通完成，如果电池电压低于 VLB且有充电电源，脚UV降为低电平，在快速充电开始前，要以小充电速率恢复电池电压，在图2应用电路中，UV通过一个360 W的串联电阻限制涓流充电电流。电阻的选择取决于充电电源。UV 降为低电平与电池组的状态(如电池温度和CINI)无关，电池电压达到VLB时，UV升为高电平。当涓流充电时，状态寄存器的CSTAT1和CSTAT0被清零，相应地用0、1值表示充电。

　　通过下列方式之一可开始快速充电：

　　发出开始充电命令(B5h)；

　　状态寄存器的CINI设为1时，VCH脚上有充电电源。

　　注：如果VDD低于1.8V，电池涓流充电达到VLB，开始快速充电。充电开始后，有下列情况出现，快速充电推迟：

　　充电温度超过TCL(0°C)和TCH(40°C)；

　　VCH小于VDD；

　　转换数据无效；

　　电池电压低于VLB(3.0V)。

　　以上状况消失后，低电平CC脚开始快速充电，在快充期间，CC保持低电平，仅在周期性的测试充电电源是否过早断开时，CC每55ms有约27ms升为高电平。只要充电电源未断开，温度在有效范围内，充电就以CTYPE所选方式进行。如果充电电源断开或发出停止充电命令(BEh)，CC升为高电平，而且充电也要重新开始。如果 DQ线保持低电平大于2s，且CINI设为0，充电停止。快速充电期间，状态寄存器的CTTATI和 CSTAT0相应地用0，1表示；充电完成，CSTAT1和CSTAT0用1，1表示。充电状态锁存时要清零。一旦充电完成或失败，DS2770可进入睡眠方式或保持有源工作。

　　3.3锂电池充电

　　锂电池的快速充电分两步完成，当电池电压低于充电电压阈值VCV时，通过控制充电电源的电流对电池进行大电流充电，CC脚一直保持低电平，激励pnp或p沟道MOSFET开关。当电池电压达到VCV，则采用脉冲充电技术，在CC变为高电平后，允许CC保持tVCV时长(875ms)的低电平。当电池电压又降至VCV以下，CC又变为低电平。由于CC占空因数变化慢，脉冲充电持续进行，电池电压衰减时间超过13.125s，充电停止。充电衰减时间包括875ms的低电平时间和时间为14s的15个周期的高电平，平均充电率是设置充电率的1/16。

　　3.4镍氢电池充电

　　在镍氢充电期间，通过UV和CC引脚控制电池的充电电流，由于电池达到3.0V，会出现从涓流充电向快速充电的转换。三节电池的镍氢电池在每节为1V时就开始快速充电。虽然分压器会影响电压测量寄存器中的数值，但它可用来调节大电压电池的转换点。快速充电开始后，DS2770用最新的温度测量值来确定适当的d T/dt。如表1，为了避免由于I2R的发热造成错误的d T/dt检测，在第一个五分钟的温度变化率无效，五分钟后，用表1中的一个初始变化率开始dT/dt检测。芯片内则平均温度测量寄存器的值来确定温度上升的变化率。在镍氢电池数据的基础上表1列出实际的变化率，它是负载上的瞬时dT/dt变化率。

　　3.5辅助充电装置

　　芯片有两个辅助充电装置，如果电池超过最大充电温度或充电定时已到，则充电停止。状态寄存器的CSTAT1和CSTAT0都置为1，表明充电完成。最大温度阈值为TMCT(＋50°C)，充电期间，若测量的温度超过TMCT，充电停止。在充电定时寄存器(CTR)中可设置最大充电时间，快速充电开始时CTR可预置初值，快速充电期间，CTR每56秒计数一次地减少，如果CTR减少到零，充电停止。由于CTR是被写入的，要修改最大充电时间，可在充电时任一时间重新写入CTR的值。CTR的格式如下，地址为06。

　　3.6电流测量

　　在有源工作方式中，通过测量电流检测电阻上的压降，DS2770连续地测量流入流出电池的电流，DS2770有两种方式：内部25m欧姆检测电阻和外部用户选择检测电阻。在任何一种方式中， DS2770都是把引脚IS1和引脚IS2的电压差(VIS＝VIS1－VIS2)作为检测电阻的电压降。正的VIS值表明电池在充电，而负的 VIS表明电池在放电。当用外部检测电阻时，为了保证电流测量电路的正确工作，电阻的一端必须直接接VSS(电池的负端)。 VIS是用15比特的精度测量的，电流寄存器中的测量值每3.52秒更新一次。电流寄存器的电流值是3.52秒内的平均值，以下为电流寄存器格式，地址为0E和0F。

　　对内部检测电阻方式，DS2770以安培为单位，用总值为0.048A精度为62.5uA的电流寄存器，当报告电流值时，DS2770自动补偿内部电阻的变化和温度效应。对外部检测电阻方式，DS2770是把测量的 VIS电压写入总值为1.2mV精度为1.56mA的电流寄存器。

　　3.7 电流累加器和偏差补偿

　　通过记录电池净流入流出电流，电流累加器可以估计剩余电量，电流流入电池则累加器增加，而流出电池则累加器减少，数据存储在电流累加寄存器中，电流累加寄存器格式如下，地址为10和11。

　　当使用内部检测电阻，DS2770以安培时为单位用精度为250uA总值为±8.19Ah的电流累加器。当用外部检测电阻，DS2770以电压时为单位用精度为6.25uVh总值为±205mVh的电流寄存器。电流测量和电流累加是为减少元件温度和电源电压变化引起的误差而在内部对偏差的补偿。

　　偏差补偿至少每小时一次精确到LSB。此外，为了校正由于电路布局引起的电流测量或电流累加误差所造成的误差，电流偏差寄存器有用户编程的恒流偏差值。随意地应用恒流偏差值会使电流测量不准确或造成室温下自放电，电流偏差补偿值存储在EEPROM的32h和33h地址处，因而，正值(0001h到7fffh)在放电时会使电流测量和电流累加出现偏差，以下为电流偏差补偿寄存器格式。

　　3.8 电压测量、温度测量和定时器

　　DS2770可在0V和4.992V之间以4.88mVh的精度连续地测量VIN和VSS之间的电压。测量数据每55ms更新并存储在电压寄存器中，以下为电压寄存器格式，寄存器的最大值就是最大电压值。地址为0C和0D。

　　DS2770在±127°C范围内用0.125°C精度的 集成温度感应器连续地测量电池湿度温度测量。下面是温度寄存器格式。

　　DS2770有一范围为1024小时的通用定时器，计时器数值以56s的精度存储于耗时寄存器中，当达到最大值时，数值滚动为零并再次从最高值开始计时，此外,用户可往寄存器中写所需的任何值，以下为耗时寄存器格式，地址为02和03。

　　3.9 应用电路