电压电池容量计算

2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第1页PS401特征可充电电池的单芯片管理方案内嵌Microchip公司Accuron专利技术,可提供所有可充电化学电池的精确容量报告(误差1%以内)片上128x8电可擦除只读存储器(EEPROM),可存储用户配置参数和"学习"参数;可通过SMBus接口完全进行现场编程.
片内集成的sigma-deltaA/D转换器可精确测量以下数据:-通过检测电阻测量电流(15位)-直接连接到VCELL输入引脚的高电压(18V)电池元件(11位)-来自片内传感器或选用的外部热敏电阻的温度值(11位)集成高精度硅片时基8个可单独编程的输入/输出引脚,可配置为:-充电控制I/O-安全功能I/O-SOC数码管输出驱动引脚-通用I/O完全实现SMBusv1.
1的双线主机接口Microchip固件在12K字节用户可定制片上OTPEPROM内引脚说明引脚一览引脚名称类型说明VDDD,VSSD电源数字信号电源输入,接地端GPIO(0.
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7)I/O可编程数字I/OSMB-CLK,SMB-DTAI/OSMBus接口VC(1.
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4)I电池电压输入VDDA,VSSA电源稳压器输出(内部连接到模拟信号电源输入);接地端RSHP,RSHNI电流检测电阻输入VNTCI外部热电阻输入VREFTO热电阻参考电压ROSCI内部振荡器偏置电阻RSV1-4I保留引脚VPPIOTP编程电压输入VDDDVSSDGPIO(4)GPIO(5)GPIO(6)GPIO(7)SMB-CLKSMB-DTAVC(4)VC(3)VC(2)VC(1)VDDAVSSARSHPGPIO(3)GPIO(2)GPIO(1)GPIO(0)RSV1VPPRSV2RSV3RSV4ROSCVREFTVNTCRSHNPS4011234567891011121314282726252423222120191817161528引脚SSOP封装(0.
209mil)单芯片电池管理器PS401DS40238B_CN第2页2003MicrochipTechnologyInc.
1.
0器件概述PS401是一枚用于电池管理的完全一体化集成电路.
该芯片将一个专有单片机内核与储存于12K字节片上OTPEPROM上的监控算法和3D电池模型结合起来,具备:高精度15位A/D和混合信号电路;片上EEPROM可用于储存用户配置参数和"学习"参数;工业标准双线SMBusv1.
1接口,支持使用标准SBDatav1.
1命令集进行主机通信.
其他特性还包括一个可选高精度时钟振荡器和温度传感器,8个通用引脚,支持充电控制或安全控制、SOCLED显示或用户可编程数字I/O.
Microchip公司的PS401在一枚IC中实现了单芯片智能电池的最高数据精度,为广泛的便携式系统提供了节省空间而降低了系统元件总体成本的解决方案.
图1-1:PS401内部结构原理图数字部分VDDDVPPVDDA128字节EEPROM128K字节EPROM解码器稳压器电压基准和温度传感器VREFTSMB-CLKSMB-DTAGPIO8SMBus接口单片机内核15位Sigma-Delta集成A/D转换器模拟输入Mux3VC(1)VC(2-4)RSHPVNTCRSHN模拟部分可编程数字输入/输出硅振荡器VSSAROSCVSSD2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第3页PS4011.
1结构介绍图1-1显示了PS401的内部结构的主要部分.
以下将对这些部分进行介绍.
1.
2单片机/存储器PS401采用了一枚先进而低功耗的8位RISC单片机内核.
其存储器资源包括用来存放编程/数据信息的12K字节OTPEPROM和用于参数存储的128字节EEPROM.
1.
3A/D转换器PS401利用集成高精度15位sigma-deltaA/D转换器来进行电流、电压和温度的精确测量.
A/D经过校准后可消除增益误差和偏移误差,它还带有自动清零偏移校正功能,可用于终端系统应用.
1.
4Microchip的固件/电池模型12K字节的OTP中固化有MicrochipTechnologyInc.
开发的电池管理固件,该固件采用专有算法和精密的3维电池模型.
这种获得专利并具有自学习功能的电池模型由电池化学专家开发,含有250多种电池参数以及对自放电、温度以及其他因素的补偿参数.
除此之外,器件在充/放电周期内还执行了多项容量校正和减小误差的操作,以提高精度并改善燃料计和充电控制性能.
上述功能可以轻松实现精确电池容量报告,并将运行时预测控制在误差小于1%之内.
片上12K字节的一次可编程(OTP)EPROM中固化了专有监控算法和3D电池模型.
在无需改变硅片设计的前提下,可迅速进行固件升级并生成用户版本.
PS401可根据特定应用的电池化学性质轻松进行用户设定.
Microchip公司提供了标准配置文件,可用于配置各种流行的可充电电池和电池组应用.
1.
5SMBus接口/SBData命令PS401与主机的通信完全符合工业标准的智能电池系统规范(SBS).
器件内部包含有一个SMBus通信引擎,符合SMBusv1.
1通信包错误检测(PEC)CRC-8错误校正协议.
该集成固件可对所有修改的智能电池数据(SBData)v1.
1数据值进行处理.
1.
6精确的集成时基PS401带有一个高精度RC振荡器,无需外部晶振即可精确进行自放电定时和容量计算定时.
1.
7温度检测由于PS401芯片紧靠其所监控的电池组,为了减少元件数量,它提供了集成温度传感器.
用户也可选择在器件提供的引脚上外接热电阻同时进行温度监控.
1.
8通用I/OPS401提供了8个可编程数字输入/输出引脚.
这些引脚可作为LED输出引脚显示充电状态(SOC),或直接控制外部充电电路,或为锂离子电池组提供额外的安全保护.
当然,它们也可用作通用输入/输出引脚.
PS401DS40238B_CN第4页2003MicrochipTechnologyInc.
表1-1:PS401引脚说明引脚名称说明1VDDD(输入)数字信号电源电压的滤波电容输入.
2GPIO(4)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(4).
3GPIO(5)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(5).
4GPIO(6)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(6).
5GPIO(7)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(7).
6SMB-CLKSMBus时钟引脚接线端.
7SMB-DTASMBus数据引脚接线端.
8VC(4)(输入)串联电池组中电位第四高的电池电压输入.
9VC(3)(输入)串联电池组中电位第三高的电池电压输入.
10VC(2)(输入)串联电池组中电位次高的电池电压输入.
11VC(1)(输入)串联电池组中电位最高的电池电压输入.
12VDDA(输入)模拟信号电源电压输入.
13VSSA模拟信号接地参考点.
14RSHP(输入)来自电流检测电阻正极的电流测量A/D输入.
15RSHN(输入)来自电流检测电阻负极的电流测量A/D输入.
16VNTC(输入)A/D输入,用于外部测温电路.
该输入端为分压器的中点,其中分压器的上端为热电阻(103ETB型),下端为3.
65kOhm电阻.
该输入电压不应超过150mV.
17VREFT(输出)参考电压输出,用于A/D电路的温度测量.
参考输出电压为150mV,为分压器上端的接线端,连接到外部热电阻.
18ROSC外部偏置电阻.
19RSV4保留–必须接地.
20RSV3保留–必须接地.
21RSV2保留–必须接到VDDD.
22VPP(输入)OTP编程电压输入.
23RSV1保留–必须接到VDDD.
24GPIO(0)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(0).
25GPIO(1)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(1).
26GPIO(2)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(2).
27GPIO(3)(双向)可编程通用数字输入/输出引脚(3).
28VSSD数字信号接地参考点.
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DS40238B_CN第5页PS4012.
0A/D操作PS401的A/D转换器对电压、电流和温度进行测量,并对随时间变化的电流求积分以测量充电状态.
所有电池和整个电池组的电压都处于监控之中,而电池组和每块电池的精度均可单独校准.
通过外部检测电阻可以在充放电时对电流进行监控,并利用片上时钟振荡器作为时基求随时间变化的电流的积分.
温度可通过片上温度传感器测量,也可选用外部热敏电阻来测量.
电流和温度的精度同样须进行校准.
2.
1电流测量RSHP和RSHN引脚用作电流测量的A/D输入通道.
电流测量采取积分法,对随时间变化的电流取平均值测量电流,求积分则得到精确测量值.
如图例所示,在RSHP和RSHN引脚上连接一个阻值为5至600毫欧的检测电阻.
RSHP或RSHN引脚上的最大输入电压为+/-150mV.
应正确选择检测电阻的大小以满足所期望的最小和最大充放电电流要求,并将暂停和待机电流考虑在内.
电路中从检测电阻接出的走线应尽可能短,应尽量避免出现交叉或穿通.
错误地将检测电阻负端用作单地参考点将严重影响电流测量精度.
OTPEPROM的NullCurr值表示电池的零区电流值,在读取零电流值时用该参数作校准保护带.
如果测量电流值低于+/-NullCurr(单位为毫安),将被读作零且不会用到电池容量算法的计算中.
NullCurr的典型值为3mA,因此在-3mA到+3mA之间,电流测量值都将被读作零,且不会用于电池容量计算中.
电流测量精度和检测电阻选择的方程式为:9.
15mV/RSENSE(毫欧)=电流LSB(如果最小电流测量值>NullCurr)电流LSBx16384=可能的最大电流测量值产品出厂前就通过SMBus接口完成了在线电流校准,以保证产品在具备高精度的同时还具备绝对准确度.
电流测量的方程式为:I(ma)=(I_A/D–COCurr–COD)*CFCurr/16384其中:I_A/D是内部测量值COCurr是"电流偏移量校正"参数,用于补偿电流测量中的偏移误差.
该参数存储于OTPEPROM中.
CFCurr是"电流测量校正因数"参数,用于在电流变化时补偿检测电阻阻值.
该参数存储于OTPEPROM中.
图2-1显示了COCurr和CFCurr之间的关系曲线.
图2-1:COCurr与CFCurr关系曲线2.
2偏移自动补偿通过自动调零的自校准法可以避免准确度漂移.
该功能使能时,每30秒电流测量电路将自动回零.
该特点可校正器件操作时由于温漂造成的误差.
偏移自动补偿电路的工作原理是将RSHP和RSHN的输入断开,并在内部将这些输入短路以测量零输入偏移.
EEPROM和校准值COD是特定IC的实际零偏移量.
当进行偏移自动补偿时(每30秒一次),当前实际电流测量值将被略过,而将前次测量值用于下次电池容量计算.
A/D输出理想A/D响应实际A/D响应CFCurrCOCurr电流输入PS401DS40238B_CN第6页2003MicrochipTechnologyInc.
2.
3电压测量电池和电池组电压测量使用的A/D输入通道为VC(1)至VC(4)引脚.
当A/D功能激活时,器件将在每一测量周期进行测量.
任意VCELLx输入引脚上的最大电压绝对值为19V,但是我们建议输入电压不要超过18V.
各个电池电压的测量采用积分法以减小瞬间电压尖峰或波动造成的影响.
测量时,A/D采用11位精度模式.
在每一测量周期,A/D只读入一路电池电压输入.
因此对于多电池配置,可能需要多个测量周期来读入所有电压输入.
此外,电压的读取还可延用运行(Run)模式,在这种模式下,A/D测量并不在每个测量周期中都被激活,而取决于SampleLimit和NSample参数的配置(相关信息见第3.
0节,工作模式).
在锂离子电池,锂基电池甚至铅酸电池应用中,多达4组串联电池的电压可被分别监控.
电池组中电压最高的电池应接到VC(1).
在一些应用中,电池组配置可以根据实际情况进行相应的改变.
PS401的每个电压输入引脚(VCELLx引脚)可测量高达18V的电压.
因此可将几个电池连接起来并对电池电压门限值作相应调整.
例如,一个带2枚锂离子电池的电池组实际上可以连接成一个7.
2V电池以取代两个3.
6V电池.
这样,电池电压的参数值都将增加一倍而且只需使用VC(1)输入引脚进行电压检测.
每个VCELLx输入电路中均包含一个内部电阻分压器,用以将外部输入电压降到内部A/D电路处理的范围内(最大值为150mV).
这些分压器根据最大电压量程4.
5V进行设定.
每个VCELLx输入端的阻抗约为100k欧姆,但只在实际测量时,该引脚才通过VSSA引脚接地.
因此在短暂的电压测量期间,该电路会造成容量的少量漏失.
2.
3.
1阻抗补偿由于电池组与电池电压的测量精度对于系统性能十分关键,因此需要对电压测量进行补偿,以抵消导电通路中影响电压测量精度的阻抗所产生的影响.
第一个补偿点是电流检测电阻.
由于测量接地参考点位于电流检测电阻上远离最低端电池的一侧,因此该测量电阻会对锂离子电池组中最低端电池的电压测量产生影响.
OTPEPROM中的PackResistance(电池组电阻)值用来补偿计算中应被消除的额外电阻.
计算补偿值(欧姆)的方程式为:PackResistance(电池组电阻)=引线电阻*65535(这是一个二字节的值,因此最大值为1欧姆).
由于需要对总体电压的SBData函数进行修改以补偿电池组电阻和电流检测电阻,因此,上述电压方程式修改为:SBData电压值=VC(1)+测量值电流(mA)*PackResistance(电池组电阻)/65535)图2-2显示了PackResistance(电池组电阻)如何提供补偿.
图中粗线部分为由电阻表征的电路.
电压测量方程式为:V(mV)=(V_A/D-COVPack)xCFVPack/2048其中:V_A/D为内部测量输出COVPack是"电池组电压校正偏移量"参数,用来补偿电压测量时出现的任何偏移误差(由于A/D的偏移量小于最小电压测量误差+/-16.
5mV,因此COVPack的典型值为0).
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DS40238B_CN第7页PS401图2-2:电池组电阻值补偿CFVPack是"电池组电压校正因数",用于补偿电压输入变化时实际A/D输出对理想A/D输出的偏移变化.
COVPack和CFVPack参数为存储于EEPROM中的校准常数.
图2-3显示了COVPack和CFVPack参数值之间的关系曲线.
图2-3:COVPack和CFVPack的关系曲线出厂前已完成了在线电压校准,以确保在产品具备高精度的同时,还具备绝对准确性.
零电流时的准确度可达±40mV,充放电时的准确度达±80mV.
单个电池电压的测量准确度可达±40mV以内.
单个电池电压输入的测量校准与电池组相同.
器件提供适用于所有电池的偏移量参数COVCell以及4个不同的校正因数,分别为CFVCell1至CFVCell4以对应不同的电池输入.
2.
4温度测量A/D接收来自内部温度传感器的输入信号进行温度测量.
用户可将一个可选外部热电阻连接到同时处于A/D转换器监视下的VNTC引脚.
VREFT引脚上提供了供外部热电阻使用的输出参考电压.
A/D使用11位精度模式进行温度测量.
可选外部热电阻建议采用标准103ETB型热电阻,其负温度系数(NTC)为10千欧(25°C时).
NTC的一端应接到VREFT引脚,另一端应同时连接到VNTC引脚和一个接有3.
65k欧姆电阻的系统模拟接地端(VSSA).
该电阻组成了分压器电路的下半部分.
要获得精确温度测量值,应采用精度为1%的电阻.
用查找表将VNTC引脚上的电压测量值转换为温度值.
外部热电阻应尽量靠近电池元件,并与可能影响精度的热源隔离.
温度测量控制算法将在LED开关动作后(开关控制引脚短接到VDDD)30秒内禁止读取温度测量值,以免LED发热造成温度读数失真.
温度测量的校准引入了与电流、电压测量中极其相似的校正因数和偏移量参数.
内部温度传感器用到的校正因数为CFTempI和偏移量COTempI;而采用可选外接热电阻方式的VNTC和VREFT引脚则利用校正因数CFTempE和偏移量COTempE.
+_+_+_+_VPACKPOS(+)高边安全电路VC(1)VC(2)VC(3)VC(4)VSSAVPACKNEG(-)R2电流检测电阻A/D输出COVPackCFVPack理想A/D响应实际A/D响应电压输出PS401DS40238B_CN第8页2003MicrochipTechnologyInc.
3.
0工作模式如图3-1所示,PS401采用连续工作模式.
工作频率取决于功率模式的选择.
器件具有三种功率模式:运行模式,采样模式和休眠模式.
每种模式都有特定的进入和退出条件,详细介绍如下.
3.
1运行模式PS401是工作在运行模式还是采样模式取决于电流的大小.
运行模式和采样模式的进入/退出门限值通过以下EEPROM数据和公式来计算:+/-XmA=SampleLimitxCFCurr/16384SampleLimit是一个可编程EEPROM参数,CFCurr是一个由校准设定的EEPROM参数.
进入运行模式的条件发生在连续两个测量周期电流大于+/-XmA的情况下.
器件退出运行模式后只能进入采样模式,而不能进入休眠模式.
当测量电流连续两个测量周期小于+/-XmA时,器件将退出运行模式,进入采样模式.
运行模式是功耗最大的工作模式.
在运行模式下,一个测量周期内所有测量和计算进行一次.
在每个测量周期,分别对电流、电压和温度依次进行测量.
一周期只对一个电池电压进行测量.
在锂基电池组应用中,对每一个电池的输入依次测量.
例如,在4个锂电池配置中,器件需4个周期才可读出所有电池的输入电压.
3.
2采样模式如果转换后的电流测量值在连续两个测量周期都小于+/-SampleLimit(EE参数)时,器件将进入采样模式.
器件退出采样模式后可进入运行模式或休眠模式.
在采样模式下,器件每隔NSample(采样次数)个测量周期进行一次电压、电流和温度的测量,其中NSam-ple为存储在EEPROM中的可编程参数.
采样模式中充电状态计算和SMBus请求等操作将仍然按照正常运行模式的频率进行,不同的只是每隔测量周期xNSam-ple才进行一次测量.
NSample的最小设定值为2.
设置采样工作模式的目地在于降低充放电频率较低时的器件功耗.
由于模数转换器每隔NSample个测量周期才被激活,因此器件总体功耗得以显著降低.
设置举例:测量周期为500msCFCurr电流校准因数为12500SampleLimit设定为27NSample设定为16结果:进入-退出运行/采样模式的门限值:27x12500/16384=+/-20.
6mA采样模式下,每次测量的间隔时间为:16个测量周期=8秒3.
3休眠模式只有当VC(1)引脚上的电池组电压低于存储于EEPROM中的预设值SleepVPack(单位为mV)时,器件才能进入休眠模式.
器件退出休眠模式后可进入运行模式,但前提是必须满足唤醒条件之一.
如果VC(1)输入引脚上的电压测量值小于SleepVPack限定值,但电流测量值高于采样模式限定值(即保持运行模式),此时器件将不能进入休眠模式.
器件进入休眠模式的唯一途径是通过采样模式进入.
处于休眠模式中的器件不进行测量和计算.
燃料计显示器不工作,SMBus上的通信被忽略,只有当满足了唤醒条件时器件才可退出休眠模式.
休眠模式是功耗最低的模式之一,用于电池彻底放电后保存电池能量.
当器件处于休眠模式时(由于低电压和采样模式而进入),共有四种唤醒方法,分别为电压回升至限定值以上,电流回升至限定值以上,SMBus激活,以及I/O引脚激活.
存储于EEPROM中的参数WakeUp(唤醒)将设定使能哪一种唤醒模式并且设定唤醒电压限定值.
表3-1列出了相应设定值.
注意这些设定值与电池组中电池的数量或其配置无关.
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DS40238B_CN第9页PS401表3-1:唤醒表3-2:唤醒电压表3-3:不同功耗条件下的工作模式一览位名称功能6WakeIO(I/O唤醒)由I/O激活唤醒5WakeBus(总线唤醒)由SMBus激活唤醒4WakeCurr(电流唤醒)由电流激活唤醒3WakeVolt(电压唤醒)由电压激活唤醒2:0WakeLevel(唤醒电压等级)定义唤醒激活电压等级唤醒(2:0)电压目的0006.
4V2锂离子电池0016.
66V6镍氢电池0108.
88V8镍氢电池0119.
6V3锂离子电池1009.
99V9镍氢电池10111.
1V10镍氢电池11012.
8V4锂离子电池11113.
3V12镍氢电池模式进入条件退出条件注意事项运行测量电流值>给定门限值(由SampleLimit(采样限制)参数设定)测量电流值给定门限值(由SampleLimit(采样限制)参数设定)由于静态电流较低,因此可降低功耗.
与其它测量方式相比,此工作模式下功耗较低.
低电压休眠VC(1)VWAKE否是进入采样模式进入数字状态机2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第11页PS4014.
0容量监视PS401内的CPU用来自A/D转换器的电压、电流和温度测量数据,以及EEPROM和OTPEPROM存储器中的参数和电池模型来确定电池的运行状态,并处理SBData功能指令集.
通过对测得电流求积分、监控电压和温度、调整自放电和检查充电结束和放电结束状态,PS401在任何工作状况下都可进行准确的燃料计量.
4.
1容量计算PS401采用"库伦计数法"和电池电压和温度测量值来计算充电状态和燃料计量.
通过连续精确地测量流入流出电池的电流并以三维电池模型为依据,PS401可提供误差小于1%的运行测量精度.
在容量计算中考虑两种状态:充电或容量增加(CI)和放电或容量减少(CD).
CI状态只发生在测量到大于OTPEPROM中NullCurr值的充电电流时.
否则在休眠或放电时,为CD状态.
器件在CD和CI状态之间转换时,新状态至少须保持NChangeState个测量周期才视为有效.
建议将NChangeState的最小值设为2.
无论CI或CD状态,容量计算时均须计入自放电并将其从总容量中减去.
即使在充电时,电池中仍然存在自放电现象.
为了在容量计算中补偿已知系统误差,系统对一个单独的误差进行连续计算.
该误差是SBData参数MaxError(最大误差)的基础.
在OTPEPROM中有两个误差参数.
CurrError值是电流测量中的固有参数,应根据检测电阻的选择和校准结果来设定.
SelfDischrgErr值是自放电参数表中的误差,其大小取决于自放电电池化学模型的准确度.
由于PS401的电路也会从电池中消耗电流,我们引入另一OTPEPROM参数将这一微小的电流消耗计入容量计算中.
PwrConsumption参数即表征IC和包括安全监视电路(若存在)在内的相关电路的电流消耗.
典型值77表征PS401的标称300A功耗.
每一测量周期中,电池增加和减少的总容量(电荷变化)可由下面的公式表示:Charge=Σit(电流对时间积分)-CurrError(电流测量误差)-PwrConsumption*t(PS401IDD)-自放电%*FCC-SelfDischrgErr(自放电误差)尽管误差有正负值,但由于误差通常要被减去,因此燃料计的值将不会被高估.
PS401从电池输出的电流以及自放电电流也通常是从总容量中减去.
当燃料计运行时,SBData参数值MaxError(最大误差)是测量的累积误差的总和.
为了计算电池中减少和增加的充放电容量,器件将对电池电流进行精确测量,并全程对所有电流速率进行电流对时间的积分.
通过使用查找表,电池容量可根据自放电速率和剩余容量校正状况进行调整.
自放电速率取决于电池的实际容量和温度.
剩余容量校正取决于放电电流速率和温度.
4.
2放电结束和容量再学习电池的放电容量是根据放电结束(EOD)电压点来确定的.
由于放电速率不同,达到该电压点的时间也会不同.
由于温度和放电速率不同,达到该点时的电压值也不同,这是由于温度和放电速率等因素会影响电压曲线和电池总容量.
EOD电压参数表可根据放电速率和温度来预测放电结束时的电压值.
PS401会对温度和放电速率进行连续监视并对EOD电压参数进行实时更新.
当电池电压测量值低于EOD电压参数,且持续时间达到EODRecheck个测量周期时,即表明放电结束.
当达到有效EOD条件时,BatteryStatus(电池状态)寄存器中的TERMINATE_DISCHARGE_ALARM(终止放电报警)位(位11)将被置位,并激活AlarmWarning(报警警告)条件.
此外,用户可先行设定REMAINING_TIME_ALARM(剩余时间警报)和REMAINING_CAPACITY_ALARM(剩余容量报警)位,以便在TERMINATE_DISCHARGE_ALARM(终止放电报警)发生前就得到用户定义的报警信息.
为了保持准确的容量预测能力,器件在每次电池放电后都会再学习FullCapacity参数值.
如果放电结束发生在电池不完全充电后,则将不进行再学习.
如果EOD时放电速率大于RelearnCurrLim中的'C-rate'调整值,也不会进行再学习.
当发生EOD时,表征误差计算的MaxError(最大误差)中的SBData值将被清零.
如果条件适当,FullCapacity再学习参数(和FullChargeCapacity)也会在此时更新.
PS401DS40238B_CN第12页2003MicrochipTechnologyInc.
4.
3EOD电压查找表4.
3.
1存盘点如图4-1中所示,电池中的可用容量随温度和放电速率不同而变化.
由于剩余容量可能变化,PC的存盘点也将随温度和放电速率的变化而变化.
存盘过程中若已知系统放电速率和温度,即可得到精确的存盘点,系统在存盘点处的容量最适于进行存盘操作.
PS401利用该信息对燃料计进行调节以适应系统和剩余容量的需要.
在有效存盘点,RSOC燃料计函数将会回零.
表4-1采用此时的电压值作为误差校正和电池充满容量参数的再学习点.
这样做确保了在存盘发生前有一个再学习点,可校正剩余容量测量中的误差并确保系统能够进行正确的存盘操作.
在存盘条件下,关断点的容量应等于存盘所需的容量.
即,我们由系统存盘期间实际放电C-rate曲线可见,当系统消耗的容量等于C-rate曲线存盘点相同时,应停止放电并启动存盘操作.
这是因为无论C-rate如何,只要达到STD点,系统就将自动切换到表征存盘时所需实际电流消耗的C-rate曲线运行.
因此无论系统是处于高速率放电或是低速率放电状态,当发生存盘操作时,系统将处于"存盘"放电状况,而此时应有足够的剩余容量维持正常存盘操作.
图4-1显示系统总是在相同的容量点关断,与C-rate状况无关(因为存盘过程中C-rate为常数).
因此,自然而然会有一个RSOC参数来补偿C-rate;当所使用的容量等于STD发生时的容量时,RSOC回零.
如果忽略温度效应,我们可以在STD曲线上记录下关断点所使用的容量.
所有关断电压点均表征相同的容量,RSOC值在此容量处也总是回零,而FCC也总等于该点容量加上存盘曲线的剩余容量.
为了进行温度补偿,可以先来看不同温度下表征STDC-rate的一系列曲线.
我们用PS401来实现温度测量,并假设温度不变,选择一个此温度下在存盘点时可回零的RSOC标定值.
如果温度改变,则调节RSOC以使其在STD点回零.
若考虑温度因素,则存盘前可使用的容量不随C-rate变化而变化,但会随温度而变化.
因此,在LUT(查找表)表4-1中,每个温度列下的所有电压点均表示相同的已消耗容量,而穿过不同温度点的行(C-rate行)则表示不同的已消耗容量.
图4-1:存盘点我们使用插值法来补偿RSOC和RM,而补偿调整会在实时进行以避免出现数值的突降或跳跃.
温度每降低一度,器件的RSOC和RM中就减去一个新的插入值.
温度每升高一度,RSOC和RM则保持恒定,直到放电容量等于应加入RSOC和RM的插值(避免放电时容量增加).
插值是实时进行的,因此我们在穿越LUT的不同单元时不会出现数据的显著突变或长时间平坦.
表4-1给出了不同存盘点的电压值,这些电压为温度和放电速率的函数.
表中同时给出了存盘前的使用容量,该容量将被用来补偿RSOC.
表4-2列出了OTPEPROM中实际的参数名称.
表4-3给出了这些参数的定义.
STD函数的C-rate电压容量所有曲线必须在此点停止达到STD容量点2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第13页PS401表4-1:V_EOD查找表表4-2:OTP中的参数名称表4-3:OTPEPROM中参数的定义45°C时的充电电流:10mA温度0°C时的充电电流:2500mA2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第15页PS4015.
1电池充满检测法对于典型锂离子电池恒流/恒压充电系统,当电池电压达到充电器的最终电压等级时,PS401会对流入电池的收尾电流进行监视.
一旦收尾电流降到一定范围以内,则表明电池已充满,充电结束(EOC)条件被触发.
不同温度使用的收尾电流不同.
详细内容参见编程部分的参数说明.
当检测到一个有效充满EOC条件时,器件会进行下列动作:SBData寄存器BatteryStatus(电池状态)中的电池充满状态标志位(位5)将被置位,表明电池已充满.
(该位将始终保持置位状态直到Rela-tiveStateOfCharge(相对充电状态)降到OTPEPROM中的参数值ClrFullyChrg以下.
RelativeStateOfCharge(相对充电状态)将被设定为100%.
ChargingCurrent(充电电流)将被设定为ChrgCurrOff参数值.
SBData参数值MaxError(最大误差)将被清零(0%).
BatteryStatus(电池状态)中的TERMINATE_CHARGE_ALARM(终止充电报警位,位14)将被置位,同时AlarmWarning(报警警告)信息将被传送至SMBus主机单元和智能充电器.
在有效充满EOC后,每发生一次电池容量超过100%的情形都将使OverChrg(过充)参数值递増一.
内部运行控制标志也将被置位,表明已达到充满状态.
根据EOC的产生条件,BatteryStatus(电池状态)或AlarmWarning(报警警告)标志位也可能被置位.
5.
2温度算法PS401SMBus智能电池IC提供多个温度报警设定点和多种充电条件.
以下EEPROM和OTPEPROM参数对温度报警和充电条件如何工作进行控制.
HighTempAl:当温度测量值大于HighTempAl时,OVER_TEMP_ALARM(温度过高报警)将被置位.
若电池正在充电,则TERMINATE_CHARGE_ALARM(终止充电报警)也将被置位.
ChrgMinTemp(最小充电温度),DischrgMaxTemp(最大放电温度)和ChrgMaxTemp(最大充电温度):如果温度测量值小于ChrgMinTemp,ChargingCurrent(充电电流)将被设定为ChrgCurrOff而ChargingVolt-age(充电电压)设定为ChrgVolt,通知充电器给出一个电流和电压的不充电信号.
当测量温度大于Chrg-MaxTemp且此时系统正充电,或当测量温度大于最大放电温度且系统正在放电时,则ChargingCurrent(充电电流)将被设置为ChrgCurrOff,而ChargingVoltage(充电电压)被设置为ChrgVoltOff.
否则ChargingCur-rent(充电电流)=ChrgCurr和ChargingVoltage(充电电压)=ChrgVolt.
PS401DS40238B_CN第16页2003MicrochipTechnologyInc.
6.
0GPIO配置6.
1安全条件编程GPIO0-GPIO7为8个16位OTP参数,对这些参数编程可为与之相连的引脚配置所期望的安全或充电条件.
GPIO5和GPIO6必须被编程配置为所期望的安全条件,详细介绍如下.
共有8种功能可进行"与"操作和"或"操作以实现二级安全设置.
在GPIO0-GPIO7中,低8位为与位,高8位为或位.
表6-1列出与二级安全功能相对应的数据位.
所选的逻辑工作方式如下.
与字节通过设置控制位为'1'来选择所期望的触发条件.
所有选择条件应为真以满足一个真与条件.
如果没有所期望的条件,应向该字节中写入0FFh.
或字节通过设置控制位为'1'来选择所期望的触发条件.
选择条件中只要有一个真即产生一个真或条件.
如果没有所期望的条件,应向该字节中写入00h.
当所有与条件或者或条件为真时,GPIOx引脚将被激活.
举例:如果_AND(与)字节设定为088h且_OR(或)字节设定为010h,则只有满足以下条件,输出引脚才被激活:[(VCELLx>VCELL_MAX)与(温度>TEMP_MAX)]或[VPACK>VPACK_MAX]表6-1:GPIO安全条件表6-2:GPIO充电条件或字节位与字节位安全条件说明157VCELLx>SafetyMaxVCell任一电池电压高于SafetyMaxVCell146VCELLxSafetyDiffVCell两电池电压差大于SafetyDiffVCell124VPACK>SafetyMaxVPack电池组电压高于SafetyMaxVPack113温度>SafetyMaxTemp温度高于SafetyMaxTemp102温度SafetyIMaxC充电电流高于SafetyIMaxC80放电电流>SafetyIMaxD放电电流高于SafetyIMaxD或字节位与字节位充电条件说明157VCELLx>SafetyMaxVCell任一电池电压高于SafetyMaxVCell146终止充电报警终止充电报警有效135充满标志电池状态寄存器中的充满标志置位124SOC>MaxSOC充电状态大于MaxSOC113温度>SafetyMaxTemp温度高于SafetyMaxTemp102预充电条件为真预充电条件存在91输入引脚激活GPIO设置为开关闭合或输入有效80VCELLx>EOCVolt任一电池电压高于充电电压2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第17页PS4017.
0SMBus/SBData接口PS401使用2个引脚的系统管理总线(SMBus)协议与主机通信.
这两个引脚分别为时钟引脚和数据引脚.
PS401中的SMBus端口支持所有智能电池数据规范中(SBData)的命令.
主机通过向PS401的SMBus端口发送相应的命令以获得相关的电池信息.
PS401会将某些报警、警告和充电信息自动发送给主机.
本节将详细介绍SMBus协议.
表7-1中对SBData命令集进行了汇总.
PS401SMBus通信端口与系统管理总线规范1.
1版本完全兼容并支持所有早先的和最新的要求,包括总线超时(从动或主动)、多主仲裁、冲突检测/恢复和PEC(CRC-8)出错检查.
SMBus端口可作为从动单元完成读出、写入功能,也可作为主动单元实现字写入功能.
SMBus协议中的从动模式支持带或不带PEC(CRC-8)出错检查功能的字读出、字写入、块读出和块写入功能.
主动模式支持字写入功能.
PS401与系统管理总线规范1.
0兼容,完全满足甚至超过智能电池数据规范1.
1/1.
1a版本的要求.
PS401完全实现智能电池数据(SBData)规范v1.
1.
SBData规范定义了SBS从动智能电池的接口和数据报告机制.
它定义的相互一致电池数据集,可供能量管理系统用于提高电池寿命和系统运行时间,并向用户提供准确的信息.
之所以能够做到这一点是由于器件采用固定的、经过测量、计算和预测的数据以及充电、报警信息,并在主控单元、智能电池和智能充电器之间使用一种简单的通信机制处理它们.
PS401完全实现了SBData命令集,能够完全执行所有数据函数,包括子函数、控制位和控制标志,并符合SMBus协议和时序所规定的相关数据精度以及时序要求.
7.
1SBData功能介绍以下各部分将详细介绍各个SBData命令的运行情况.
7.
1.
1ManufacturerAccess(厂商专用)(0x00)读操作时,报告内部软件版本号.
写入口令时,将使能EEPROM编程.
7.
1.
2RemainingCapacityAlarm(0x01)(剩余容量预警)设定或读出低容量预警值.
当剩余容量降到低容量预警值以下时,智能电池即将警告信息传送至SMBus主机,并将REMAINING_CAPACITY_ALARM位置位.
如果的容量预警值为'0'时,该预警功能被禁止.
7.
1.
3RemainingTimeAlarm(0x02)(剩余时间预警)设定或读出剩余时间预警值.
当AverageTimeToEmpty降到剩余时间预警值以下时,智能电池即将警告信息传送至SMBus主机,并将REMAINING_TIME_ALARM位置位.
如果剩余时间预警值为'0'时,该预警功能被禁止.
7.
1.
4BatteryMode(电池模式)(0x03)该功能选择不同的电池工作模式并报告电池的容量、工作模式以及运行状况信息.
Bit0:INTERNAL_CHARGE_CONTROLLER(内部充电控制器)该位置位表明电池组中内部自带充电控制器.
在该位置位时,器件支持这种可选功能,而CHARGE_CONTROLLER_ENABLED(充电控制器使能)控制位将被激活.
Bit1:PRIMARY_BATTERY_SUPPORT(主电池支持)该位置位表明电池组能够承担系统主供电电池或辅助供电电池的作用.
在该位置位时,PRIMARY_BATTERY(主电池)控制位将被激活.
Bit2-6:保留位Bit7:CONDITION_FLAG(调整标志)该位置位表明电池请求进入调整周期.
通常调整周期包括电池组充满至完全放电后再充满的一个循环过程.
在检测到调整周期完成后,电池将清除该标志.
Bit8:CHARGE_CONTROLLER_ENABLED(充电控制器使能)该位置位将使能电池组内部充电控制器.
该位清除则内部充电控制器被禁止(缺省状态).
该位的控制功能仅在INTERNAL_CHARGE_CONTROLLER(内部充电控制器)控制位置位时才被激活.
位9:PRIMARY_BATTERY(主电池)该位置位将使能电池作为系统的主供电电池.
该位被清除则电池作为辅助供电电池(缺省状态).
只有当PRIMARY_BATTERY_SUPPORT(主电池支持)控制位置位时,该控制位的功能才被激活.
PS401DS40238B_CN第18页2003MicrochipTechnologyInc.
表7-1:智能电池数据功能SBData函数名称命令码可访问属性参数附注单位ManufacturerAccess-Write厂商存取-写0x00读/写PW1,PW2密码ManufacturerAccess-Read厂商存取-读0x00读/写SW版本代码RemainingCapacityAlarm剩余容量报警0x01读/写RemCapAlmAh或10mWhRemainingTimeAlarm剩余时间报警0x02读/写RemTimeAl分钟BatteryMode电池模式0x03读/写位代码AtRate0x04读mAh或10mWhAtRateTimeToFull0x05读分钟AtRateTimeToEmpty0x06读分钟AtRateOK0x07读二进制0/1(LSB)Temperature温度0x08读0.
1°KVoltage电压0x09读mVCurrent电流0x0a读mAAverageCurrent平均电流0x0b读mAMaxError最大误差0x0c读%RelativeStateOfCharge相对充电状态0x0d读%AbsoluteStateOfCharge绝对充电状态0x0e读%RemainingCapacity剩余容量0x0f读mAh或10mWhFullChargeCapacity充满容量0x10读mAh或10mWhRunTimeToEmpty剩余运行时间0x11读分钟AverageTimeToEmpty平均放电时间0x12读分钟AverageTimeToFull平均充满时间0x13读分钟ChargingCurrent充电电流0x14读ChrgCurrorChrgCurrOffmAChargingVoltage充电电压0x15读ChrgVoltorChrgVoltOffmVBatteryStatus电池状态0x16读电池状态位代码CycleCount周期计数0x17读周期整数DesignCapacity设计容量0x18读设计容量mAh或10mWhDesignVoltage设计电压0x19读电池组的设计电压mVSpecificationInfo技术规范信息0x1a读SBData版本编码ManufactureDate生产日期0x1b读日期编码SerialNumber序列号0x1c读序列编号未规定FirmwareVersion固件版本(注1)0x1d读固件版本编码ManufacturerName厂商名称0x20读厂商名称ASCII文本字符串DeviceName器件名称0x21读器件名称ASCII文本字符串DeviceChemistry化学属性0x22读化学属性ASCII文本字符串ManufacturerData厂商数据0x23读厂商数据HEX字符串OptionalMfgFunction40x3c读V1电池电压mV2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第19页PS401Bit10-13:保留位Bit14:CHARGER_MODE(充电器模式)该控制位可使能或禁止智能电池将充电电流和充电电压信息传送至智能电池充电器.
当该位置位时,禁止智能电池不会将充电电流和充电电压值传送至充电器.
当该位清零时,则在需要充电时,智能电池把充电电流和充电电压值传送至充电器.
Bit15:CAPACITY_MODE(容量模式)该控制位表明容量信息将会以mA/mAh或10mW/10mWh的形式报告.
当该位置位时,容量信息将以10mW/10mWh形式报告.
当该位清零时,容量信息将以mA/mAh的形式报告.
7.
1.
5AtRate(设定速率)(0x04)AtRate是一个电流或功率参数值,将被以下三个函数使用:AtRateTimeToFull,AtRateTimeToEmpty和AtRateOK.
AtRateTimeToFull返回充满充电电流为AtRate值时的满充预测时间.
AtRateTimeToEmpty函数返回放电电流为AtRate值时的预测操作时间.
AtRateOK函数将返回一个布尔值,该值预测电池是否有能力连续十秒提供大小为AtRate值的额外放电电流.
7.
1.
6AtRateTimeToFull(0x05)(设定速率下充满时间)返回直至AtRate值(mA)下电池满充的预测剩余时间.
AtRateTimeToFull函数是双函数调用集的一部分,用于确定单位为mA的AtRate值下的预测剩余时间.
在SMBus主控单元设定AtRate值后,该功能将立即被调用.
7.
1.
7AtRateTimeToEmpty(0x06)(设定速率下放电时间)当电池以AtRate值放电时返回预测剩余时间.
AtRateTimeToEmpty函数是用于确定AtRate值的剩余运行时间的双函数调用集的一部分.
在SMBus主控单元设定AtRate值后,该功能将立即被调用.
7.
1.
8AtRateOK(0x07)返回一个布尔值,表明电池是否能够输送10秒的额外AtRate值的能量(布尔值).
如果AtRate值为零或正数,AtRateOK函数的返回值总为真.
AtRateOK函数是双函数调用集的一部分,供能量管理系统用来确定电池是否可对额外负载安全地提供足够能量.
在SMBus主机设定AtRate值后,该函数将立即被调用.
7.
1.
9Temperature(温度)(0x08)返回以0.
1°K为单位的电池组内部温度值.
7.
1.
10Voltage(电压)(0x09)返回电池组电压值(mV).
7.
1.
11Current(电流)(0x0a)返回流经电池两端的输出或输入电流值(mA).
7.
1.
12AverageCurrent(平均电流)(0x0b)返回一分钟内的连续电流平均值.
该平均值是通过对流经电池两端的输出或输入电流值(mA)进行至少60次采样获得的.
7.
1.
13MaxError(最大误差)(0x0c)在充电状态计算时返回预期误差范围(%).
例如,当MaxError返回值为10%而RelativeStateOfCharge的返回值为50%时,RelativeStateOfCharge的实际值范围在50%至60%之间.
MaxError越大,智能电池满足测量精度就越容易.
例如,当智能电池检测到完全放电后再次充满时,它将使用该信息对MaxError进行复位或部分复位.
通过设置BatteryMode(电池模式)中的CONDITION_FLAG(状态标志位),可以在MaxError值过高时使智能电池发出信号.
7.
1.
14RelativeStateOfCharge(0x0d)(相对充电状态)返回预测电池剩余容量并表示为FullChargeCapacity(充满容量)(%)的百分比形式.
OptionalMfgFunction30x3d读V2电池电压mVOptionalMfgFunction20x3e读V3电池电压mVOptionalMfgFunction10x3f读V4电池电压mVOptionalMfgFunction50x2f读GPIO引脚状态位代码数据注1:读操作时报告软件版本.
写操作时,使能EEPROM(并选择其它值)以进行编程.
SBData函数名称命令码可访问属性参数附注单位PS401DS40238B_CN第20页2003MicrochipTechnologyInc.
7.
1.
15AbsoluteStateOfCharge(0x0e)(绝对充电状态)将预测电池剩余容量返回为DesignCapacity(设计容量)(%)的百分比形式.
注意,AbsoluteStateOfCharge(绝对充电状态)的返回值可能大于100%.
7.
1.
16RemainingCapacity(0x0f)(剩余容量)返回预测电池剩余容量.
RemainingCapacity(剩余容量)值以电流(mAh)或功率(10mWh)形式来表示,具体方式取决于BatteryMode(电池模式)中容量模式控制位的状态.
7.
1.
17FullChargeCapacity(0x10)(充满容量)当电池组充满电时返回预测容量值,以电流(mAh)或功率(10mWh)形式来表示.
具体方式取决于Battery-Mode(电池模式)中容量模式控制位的状态.
7.
1.
18RunTimeToEmpty(0x11)(剩余运行时间)返回电池以当前放电速率进行工作的剩余可运行时间预测值(分钟).
RunTimeToEmpty(剩余运行时间)值是依据电流还是功率进行计算取决于Battery-Mode(电池模式)中CAPACITY_MODE(容量模式)位的状态.
这一区别十分重要,因为采用错误的计算模式可能导致不准确的返回值.
7.
1.
19AverageTimeToEmpty(0x12)(平均剩余运行时间)返回智能电池的预测剩余时间在一分钟内的移动平均值(分钟).
AverageTimeToEmpty(平均剩余运行时间)是依据电流还是功率进行计算取决于Battery-Mode(电池模式)中CAPACITY_MODE(容量模式)位的状态.
这一区别十分重要,因为采用错误的计算模式可能导致不准确的返回值.
7.
1.
20AverageTimeToFull(0x13)(平均充满剩余时间)返回连续一分钟智能电池至充满的预测剩余时间移动平均值(分钟).
7.
1.
21ChargingCurrent(充电电流)(0x14)设定智能充电器对智能电池充电的最大充电电流.
该设定值可从智能电池写入智能充电器,或由智能充电器向智能电池请求获得.
7.
1.
22ChargingVoltage(0x15)(充电电压)设定智能充电器对智能电池充电的最大充电电压.
该设定值可从智能电池写入智能充电器,或由智能充电器向智能电池请求获得.
7.
1.
23BatteryStatus(电池状态)(0x16)返回智能电池的状态字(标志).
一些BatteryStatus(电池状态)标志,如REMAINING_CAPACITY_ALARM(剩余容量预警)和REMAINING_TIME_ALARM(剩余时间预警)标志位的设定都是依据电流或功率的计算来进行.
具体的计算模式取决于BatteryMode(电池模式)中CAPACITY_MODE(容量模式)位的状态.
采用错误的计算模式可能导致不准确的预警.
能量管理系统通过BatteryStatus(电池状态)函数来获取预警和状态标志位的状态以及来自智能电池的错误代码.
该函数返回的信息同SBData的AlarmWarning(预警警告)函数返回结果基本相同,不同之处在于AlarmWarning函数在发送数据前将所有错误代码位全部置位.
电池状态位:bit15:OVER_CHARGED_ALARM(充满预警位)bit14:TERMINATE_CHARGE_ALARM(终止充电预警位)bit13:Reserved(保留位)bit12:OVER_TEMP_ALARM(温度过高预警)bit11:TERMINATE_DISCHARGE_ALARM(终止放电预警位)bit10:Reserved(保留位)bit9:REMAINING_CAPACITY_ALARM(剩余容量预警)bit8:REMAINING_TIME_ALARM(剩余时间预警)bit7:INITIALIZED(初始标志位)bit6:DISCHARGING(放电标志位)bit5:FULLY_CHARGED(充满标志位)bit4:FULLY_DISCHARGED(彻底放电标志位)主机系统负责检测和响应智能电池的预警,它通过读取BatteryStatus(电池状态)来检测任一预警标志位是否被置位.
这就要求在SMBus有效工作期间,系统至少应每隔10秒对BatteryStatus(电池状态)寄存器轮询一次.
.
7.
1.
24CycleCount(周期计数)(0x17)CycleCount的更新是用来随时跟踪电池的总容量.
当电池充入或释放一次容量等于电池总容量时,CycleCount计数值加一.
2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第21页PS4017.
1.
25DesignCapacity(设计容量)(0x18)该函数返回新电池组的理论容量.
DesignCapacity(设计容量)数值的表征形式采用电流或功率.
具体的表征形式取决于BatteryMode(电池模式)中CAPACITY_MODE(容量模式)控制位的状态.
7.
1.
26DesignVoltage(设计电压)(0x19)返回新电池组的理论电压(mV).
7.
1.
27SpecificationInfo(0x1a)(技术规范信息)返回电池组支持的智能电池技术规范版本编号.
7.
1.
28ManufactureDate(生产日期)(0x1b)该函数返回与电池组生产日期对应的整数.
该日期以如下方式表达:(年份-1980)*512+月份*32+日.
7.
1.
29SerialNumber(序列号)(0x1c)该函数可用来返回一个序列编号.
该编号随同Manu-facturerName(生产厂商名称),DeviceName(器件名称)和ManufactureDate(生产日期)可以唯一确定某一电池产品.
7.
1.
30ManufacturerName(0x20)(厂商名称)该函数返回一个包括电池生产商名称的字符数组.
7.
1.
31DeviceName(设备名称)(0x21)该函数返回包含有电池名称的字符串.
7.
1.
32DeviceChemistry(设备化学属性)(0x22)该函数返回一个包含有电池化学名称的字符串.
例如,如果DeviceChemistry功能返回"NiMH,",表明该电池组包含有镍氢电池元件.
以下列出了部分电池化学元素名称以及它们的期望缩写形式.
这些缩写不区分大小写.
铅酸:PbAc锂离子:LION镍铬:NiCd镍氢:NiMH镍锌:NiZn可重复充电碱性锰电池:RAM锌空气:ZnAr7.
1.
33ManufacturerData(0x23)(厂商数据)该函数允许对电池内的生产商数据进行访问.
7.
1.
34OptionalMfgFunction(可选制造功能)PS401中包含新的SBData函数,它们采用OptionalM-fgFunction命令代码.
命令代码中的3CHEX至3FHEX报告了模数转换器测量的单个电池电压值.
报告的电压以mV为单位,计算中包含校准补偿和测量电阻压降补偿.
每一测量周期内只测量一个电池的电压(取决于系统工作在运行模式还是采样模式下).
由于测量的延迟,电压快速变化会导致测量电压的变化.
这些电压值可用于电池平衡或完成主机系统所期望的其它功能.
PS401DS40238B_CN第22页2003MicrochipTechnologyInc.
表7-2:PS401警告与状态位汇总电池状态置位条件清除条件FULLY_CHARGED位电池充满标志位当充电结束条件满足时设定:ChargeFETOff与任何VC(x)输入>4.
175V与IAVGTCAVolt(缺省4.
5V/Cell)所有VCELLxTCAVolt(缺省4.
5V/Cell)或充电Temperature()>ChrgMaxTemp(缺省4.
5V/Cell)或Fully_Chargedbit=1所有VCELLxHighTempAlarm(缺省55°C)Temperature()VEOD1或Current()>0次要设定方式:所有VCELLx>VEOD2或Current()>0REMAINING_CAPACITY_ALARM位剩余容量报警标志位RemainingCapacity()RemainingCapacityAlarm()REMAINING_TIME_ALARM位剩余时间报警标志位AverageTimeToEmpty()RemainingTimeAlarm()FULLY_DISCHARGED位完全放电标志位RemainingCapacity()=0RelativeStateOfCharge()>ClearFullyDischarged(缺省RSOC=20%)2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第23页PS401表7-3:TEMPERATURE(温度),ChargingCurrent(充电电流)()和ChargingVoltage(充电电压)汇总所有其它温度条件下:充电电流ChargingCurrent()=ChrgCurr充电电压ChargingVoltage()=ChrgVolt温度Temperature()>HighTempAI(缺省60°C)充电放电TERMINATE_CHARGE_ALARM(终止充电预警)与OVER_TEMP_ALARM(温度过高预警)OVER_TEMP_ALARM(温度过高预警)已清除温度Temperature()ChrgMaxTemp(温度>充电最大温度限定值)(缺省50°C)Temperature()>DischargeMaxTemp(温度>放电最大温度限定值)(缺省65°C)充电放电充电电流ChargingCurrent()=ChrgCurrOff充电电压ChargingVoltage()=ChrgVoltageOff温度Temperature()PowerVoltLimit,mWh=mAh*(V+PowerVolt)/2.
如果VMaxSOC时触发EOC1平均电流下触发EOC0收尾电流下触发EOCConfigEODEE10255b01011000位编码如下:位功能7根据固定电压估计EOD1值(另表)6当EOD1时,设置完全放电标志位.
5一旦电压达到VEOD1,立即将容量设定为剩余容量.
4一旦电压达到VEOD1(缺省值为VEOD2),设置终止放电预警标志.
3在VEOD1处,学习FCC.
2在VEOD2处,设置TDA预警.
1在VEOD2处,将容量设定为零.
0不允许容量跌落到SCAP以下.
PS401DS40238B_CN第34页2003MicrochipTechnologyInc.
ConfigCAPEE1025511010000位编码如下:位功能7RemCap(剩余容量)补偿–显示的RemCap(剩余容量)实际上等于FCC减去已消耗容量减去受温度影响的残余容量.
在不同的温度条件下需对RemCap进行补偿.
6RemCap(剩余容量)只能递减–补偿时,若温度变化导致残余容量减少,不得以剩余容量上升的形式反应上述情形.
应保持RemCap(剩余容量)稳定,直到该部分增加量被放电消耗.
这样一来,在放电时就不会出现容量增加的情况.
(否则放电时,由于温度变化可能导致可用容量增加,而使用户困惑.
)5使用补偿的FCC参数值来计算RSOC.
在电池充满时,允许补偿后的RSOC等于100%.
4未用.
3报告补偿后的FCC值–补偿后的FCC值以SBData形式报告,以允许进行外部RSOC计算.
2充电时立即设定为正容量–如果电池放电至零值以下,该参数允许系统在充电时立即计算出总容量.
1无条件学习–无条件再学习FCC.
通常再学习时最大电流和最大误差会受到限制.
该位将取消这些限制.
通常只在测试时使用.
0未用.
ConfigLEDEE10255b10000010位编码如下:位功能7禁止主动模式6(空闲)5(空闲)4充电时LED显示3LED只显示最重要数据2LED使用绝对SOC,否则为相对SOC.
1一旦发生剩余时间预警或剩余容量预警时,进行LED闪烁.
0充电时,进行LED闪烁.
EEErrorEE102550当写重试操作次数超过EERepeats参数时增一.
EERepeatsEE102553内部写重试操作次数最大值.
EEversionEE102551EE版本.
表8-6:PS401设定(续)参数名称位置字节数下限值上限值典型值操作说明2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第35页PS401FLAGS1EE10255b00100110位编码如下:位功能7使能预充电最大电流检查6保持充电电流=0直至下次放电5内部/外部温度4在主空闲模式下禁止休眠3低电压时要求运行模式休眠模式2禁止GPIO安全设定1使能电池组电阻补偿0使能运行模式检测LUTSelectionEE10255b00000000b00xxxxxx=LUT0b01xxxxxx=LUT1b10xxxxxx=LUT2b11xxxxxx=LUT3位5-0未用NSampleEE1025510采样模式下的ADC活动频率.
采样模式时A/D转换器将每隔NSample个测量周期进行一次测量.
运行模式时,每个测量周期都进行测量.
OSCTrimEE10255125RC振荡器调整.
PNModeDelayEE1025510编程模式的时间间隙.
当PS401进入编程模式系统通过SMBus对EEPROM进行编程时,器件将保持编程模式状态PNMod-eDelay/2个周期后自动返回正常模式.
如PNModeDelay=16,测量周期=0.
5秒,PS401在编程模式状态停留时间为8秒.
必须在此段时间内完成EEPROM编程.
ProgLockEE2065535是EEPROM编程功能代码.
用来确定EEPROM数据是否已成功更新.
仅限使用内部P4码.
PTRActualDataEE20655350x1721当前数据块的OTP起始地址.
RFactorOTP102557C-Rate标定.
RF=28/C-Rate的最大值.
该参数用来对所有C-Rate参数值,如收尾电流以及查找表中的C-Rate进行标定.
要得到这些值中的最大允许4CC-Rate,设定RF为28/4=7.
通过改变RF值,用户可对查找表中的所有C-Rate参数值和其它参数进行标定,使其可用于更高电流额定值的系统而无需更改任何其它参数.
SampleLimitEE1025515用来确定进入/退出采样和运行模式电流门限值的参数:门限值[mA]=SampleLimitxCfCurr/16384SleepVPackEE20655358800PS401进入低电压休眠模式的电池组电压参数值.
表8-6:PS401设定(续)参数名称位置字节数下限值上限值典型值操作说明PS401DS40238B_CN第36页2003MicrochipTechnologyInc.
WakeUp唤醒EE10255b00001011当器件处于低电压休眠模式时(因低电压和采样模式的原因进入),存在四种唤醒方式,即电压激活唤醒,电流激活唤醒,SMBus激活唤醒以及I/O引脚激活唤醒.
该参数定义了使能何种唤醒方式,以及唤醒电压水平.
下表列出了相应设定方法.
注意,该参数的设定与应用中电池的数量和配置无关.
唤醒:位名称功能6IO唤醒由I/O激活唤醒5总线唤醒由SMBus激活唤醒4电流唤醒由电流激活唤醒3电压唤醒由电压激活唤醒2:0唤醒电压水平定义唤醒电压水平唤醒电压:唤醒(2:0)电压目的0006.
4V2个锂离子电池0016.
66V6个镍氢电池0108.
88V8个镍氢电池0119.
6V3个锂离子电池1009.
99V9个镍氢电池10111.
1V10个镍氢电池11012.
8V4个锂离子电池11113.
3V12个镍氢电池表8-6:PS401设定(续)参数名称位置字节数下限值上限值典型值操作说明2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第37页PS401表8-7:SBData设定参数名称位置字节数下限值上限值典型值操作说明BusConfigEE10255b00100001位编码如下:位功能7V2.
0仲裁6主动模式写w/CRC5PEC使能4波特率控制2-0波特率2-0HighTempAlEE2065535750在AlarmWarning(预警警告)寄存器中的温度过高预警限定位,0.
1°C增量.
编码值=(摄氏度*10+200).
当温度超过HighTempAlarm(温度预警上限)时,OverTempAlarm(温度过高预警)即被激活.
如果电池正在充电,Termi-nateChargeAlarm(终止充电预警)也同时被激活.
NChrgBroadcastEE1025520充电条件下的广播频率NSilentEE1025510报文的总线沉默时间RemCapAlEE2065535440与RemCapAl(剩余容量预警)对应的SBData值.
其缺省值为DesignCapacity/10.
当剩余容量计算值达到RemCapAl(剩余容量预警)限定值时,BatteryStatus(电池状态)寄存器中的REMAINING_CAPACITY_ALARM(剩余容量预警)标志位将被置位.
如果预警广播功能使能,该预警信息将被广播至主机.
RemTimeAlEE206553510与RemTimeAl对应的SBData值.
该SBData值缺省设置为10分钟.
当RunTi-meToEmpty计算值达到RemTimeAl限定值时,BatteryStatus中的REMAINING_TIME_ALARM(剩余时间预警)位将被置位.
SMBusAddrEE102550x16电池的SMBus地址.
TCAVoltEE20655354500电池发送TERMINATE_CHARGE_ALARM(终止充电预警)时的电池电压.
该电压值高于充电结束电压,当充电器不响应EOC时,该电压值将触发终止充电警告寄存器.
PS401DS40238B_CN第38页2003MicrochipTechnologyInc.
表8-8:校准参数名称位置字节数下限值上限值典型值操作说明CalStatus校准状态EE10255b11111111位编码如下:位功能7RC振荡器6温度5电流4VPACK3VCELL42VCELL31VCELL20VCELL10=未校准1=已校准CFCurrEE20655356844电流校正因数.
对检测电阻的测量电流值进行标定调整.
用于校准RSHP和RSHN输入引脚的电流测量值.
该参数根据电流检测电阻的大小来设定.
CFTempEEE20655351300温度校正因数.
对VNTC输入引脚的外部热电阻的温度测量值进行标定调整.
CFTempIEE206553523800温度校正因数.
对内部温度传感器的温度测量值进行标定调整.
校准时:新CF_TEMP=旧CF_TEMPx(温度计读数[°C]/SBDataTemperature(温度)[°C])注:SBDataTemperature(温度)通常以0.
1°K的形式报告.
使用该公式时,数值应转换为°C形式.
CFVCell1EE206553522325VCELL1的校准校正因数.
用于校准VCELL1-4输入引脚之间的单个电池的电压测量值.
CFVCell2EE206553522393VCELL2的校准校正因数.
用于校准VCELL1-4输入引脚之间的单个电池电压测量值.
CFVCell3EE206553522420VCELL3的校准校正因数.
用于校准VCELL1-4输入引脚之间的单个电池电压测量值.
CFVCell4EE206553522470VCELL4的校准校正因数.
用于校准VCELL1-4输入引脚之间的单个电池电压测量值.
2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第39页PS401CFVPackEE206553520045电池组电压的校正因数.
对电池组测量电压值进行标定调整.
用于校准VCELL4输入引脚和接地引脚之间电池组电压测量值.
COCurrEE1-128127-12电流的校正偏移量.
该参数值为零电流流过检测电阻时A/D的测量读数.
CODEE1-128127-12校正偏移量-电流读数的自动回零校准的偏移量.
SBDataCurrent(电流)[mA]=(I_A/D-CO_CURR-COD)xCF_CURR/16384校准:CF_CURR=((电流表读数[mA]x16384)-8192)/(电流-OCV时的I_A/D)COTempEEE1-128127-2温度校正偏移量.
在采用内部温度传感器进行温度测量时,偏移量=0.
COTempIEE2-3276832767-11375温度测量的校正偏移量.
在采用内部温度传感器进行温度测量时,偏移量=0.
COVCellEE1-1281270电池电压的校正偏移量.
用于读取单个电池电压的校正因数.
SBData的Voltage(电压)[mV]=(V_A/D-CO_VOLT)xCF_VOLT/2048校准时:新CF_VOLT=旧CF_VOLTx(电压表读数[mV]/SBDataVoltage(电压)mV])COVPackEE1-1281270电压校正偏移量.
用于电池组电压测量的校正因数.
表8-8:校准(续)参数名称位置字节数下限值上限值典型值操作说明PS401DS40238B_CN第40页2003MicrochipTechnologyInc.
9.
0电气特性表9-1:绝对极限参数表9-2:DC特性参数(TA=-20°C至+85°C;VREG(内部)=+5.
0V±10%)符号参数最小值最大值单位VCX任何VC(x)引脚上的电压-0.
518.
5VVPIN任何引脚(除VCELLx外)上的电压-0.
57.
0VTBIAS偏置条件下的温度-2085°CTSTORAGE储存温度(取决于封装形式)-35125°C注1:如果器件运行参数超过上述各项最大额定值,即可能对器件造成永久性损坏.
上述数值为运行条件最大值,我们不建议器件在该规范范围外运行.
如果器件长时间在绝对最大额定条件下工作,其稳定性可能受到影响.
符号特性最小值典型值最大值单位条件VSUPPLY供电电压–施加于VC(1)上5.
618.
0VVDDA供电电压–(内部稳压器VDDA引脚的输出)4.
55.
05.
5V(注1)IDD瞬间供电电流375400A(注2)IDDRUN平均供电电流–运行模式300385AA/D处于运行模式(注2)IDDINS静止供电电流–采样模式225250AA/D处于静止模式(注2,3)IDDSLEEP平均供电电流–休眠模式1218A休眠模式(注2)IWAKE从休眠模式唤醒的电流门限值–(检测电阻两端的电压)2.
503.
755.
00mVVIL输入低电平电压–GPIO(7-0)0.
2*VDDDVVIH输入高电平电压–GPIO(7-0)0.
8*VDDDVIIL-IOPUGPIO输入低电平电流–上拉模式-80-110-140AIIH-IOPDGPIO输入高电平电流–下拉模式70105140AIL漏电流–GPIO引脚经编程设定为输出12AVOLGPIO(7-0)的低电平输出电压0.
4VIOL=0.
5mAVOH-IOGPIO(7-0)的高电平输出电压(非LED模式)2.
0VIOH=100AVOH-LEDGPIO(7-0)的高电平输出电压(LED模式)2.
0VIOH=10mA(注4)VSR检测电阻反馈电压范围-152152mVVNTC热电阻反馈电压范围0152mVVREFT在VREFT引脚上的NTC参考电压输出150mVVIL-SMBSMBus引脚的低电平输入电压-0.
50.
8VVIH-SMBSMBus引脚的高电平输入电压2.
05.
5VVOL-SMBSMBus引脚的低电平输出电压0.
4VIPULLUP=350AVOH-SMBSMBus引脚的高电平输出电压2.
15.
5VIPULLUP-SMB流经上拉电阻的电流或SMBus引脚的电流源电流100350AILEAK-SMB输入漏电流–SMBus引脚±5A注1:VREG为片上稳压器的电压输出引脚.
该引脚内部连接到模拟电压输入引脚并通过VDDA引脚输出.
2:不包括因引脚外部负载造成的电流消耗.
3:采样模式下A/D静止周期内的电流是确定的.
采样模式下平均电流可通过以下公式计算:平均电流=(IDDRUN+(n-1)*IDDINS)/n;其中,"n"为编程设定的采样速率.
4:在LED发光期间,电流峰值可达10mA,但单个LED平均电流典型值为5mA(使用低电流高亮度器件时).
2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第41页PS401表9-3:AC特性参数(TA=-20°C至+85°C;VREG(内部)=+5.
0V±10%)表9-4:AC特性参数–SMBUS(TA=-20*C至+85*C;VREG(内部)=+5.
0V±10%)符号特性最小值典型值最大值单位条件dfRC内部RC振荡器频率509512515kHzfA/D内部A/D运行时钟fRC/10mstCONVA/D转换测量时间,n位+符号位2n/fA/Dms符号特性最小值典型值最大值单位条件fSMBSMBus时钟运行频率<1.
0100kHz从动模式fSMB-MASSMBus时钟运行频率50fRC/868kHz主动模式(注1)tBUF起动和停止间的总线休息时间4.
7stSHLD重复起动后的总线保持时间4.
0stSU:STA重复起动前的建立时间4.
7stSU:STOP停止建立时间4.
0stHLD数据保持时间300nstSETUP数据建立时间250nstTIMEOUT时钟低电平超时时间限定值2535ms(注2)tLOW时钟低电平时间4.
7stHIGH时钟高电平时间4.
050s(注3)tLOW:SEXT报文缓冲时间25ms(注4)tLOW:MEXT报文缓冲时间10ms(注5)tF时钟/数据下降时间300ns(注6)tR时钟/数据上升时间1000ns(注6)注1:在将报警警告、充电电流及充电电压值向SMBus主机或SMBus智能充电器之一广播时使用.
仅在PS401为完成这些功能而作为SMBus主机时使用.
接收(从动)器件会降低传输频率.
2:当由Start-to-Ack、Ack-to-AckorAck-to-Stop所定义的累积报文时间超过tTIMEOUT的最小值25ms时,PS401会出现超时.
PS401将会在tTIMEOUT的最大值35ms前对通信进行复位.
3:tHIGHMax为总线上的器件提供了一种检测总线空闲状态的简单方法.
4:tLOW:SEXT是在一个报文从开始到结束时,允许器件扩展的时钟周期的累计时间.
5:tLOW:MEXT为由Start-to-Ack,Ack-to-AckorAck-to-Stop所定义的累积时间参数值,以允许处于主动模式的装置对报文中每一字节内的时钟周期进行扩展.
6:上升和下降时间定义为:tR=(VILMAX-0.
15)to(VIHMIN+0.
15)tF=0.
9VDDto(VILMAX-0.
15)PS401DS40238B_CN第42页2003MicrochipTechnologyInc.
表9-5:A/D转换器特性参数(TA=-20°C至+85°C;VREG(内部)=+5.
0V±10%)图9-1:SMBusAC时序图表9-6:硅片时基特性参数(TA=-20°C至+85°C;VREG(内部)=+5.
0V±10%)符号特性最小值典型值最大值单位条件ADRESA/D转换器分辨率815位注1VADINA/D转换器输入电压范围(内部)-152152mV差分模式0300mV单端模式EVGAIN输入电压增益误差0.
100%EVOFFSET补偿偏移误差0.
100%ETEMP温度增益误差0.
100%EINL综合非线性误差0.
004%注1:该电压为内部电压,即A/D转换器输入端上的电压.
VSR和VNTC为直接测量值.
而VC(x)输入的测量是通过电平解析电路来进行的,该电路将输入电压量程转换到适合于A/D转换器的范围.
符号特性最小值典型值最大值单位条件ETIME硅片时基误差0.
25%偏置电阻ROSC容差=1%TL=±100PPM注:SCLack是由主控单元产生的与确认相关的时钟脉冲SCLSDAtLOW:SEXTSCLACKtLOW:MEXTtLOW:MEXTtLOW:MEXTSCLACKSCLSDLtBUFSPSPtHD:STAtRtLOWtFtHIGHtSU:STAtHD:STAtSU:STAtHD:STAtSU:STD2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第43页PS40110.
0封装信息28引脚塑封窄条小外形封装(SS)–209mil,5.
30mm(SSOP)*控制参数注:尺寸D和E1不包括模块毛边或凸起.
毛边或凸起不得超过每侧.
010"(0.
254mm).
同等JEDEC规范:MS-150图号.
C04-07310501050塑模底端倾斜角10501050α塑模顶端倾斜角0.
380.
320.
25.
015.
013.
010B引脚宽度203.
20101.
600.
00840φ底角倾斜角0.
250.
180.
10.
010.
007.
004c引脚厚度0.
940.
750.
56.
037.
030.
022L底脚长度10.
3410.
2010.
06.
407.
402.
396D总长度5.
385.
255.
11.
212.
207.
201E1塑模封装宽度8.
107.
857.
59.
319.
309.
299E总宽度0.
250.
150.
05.
010.
006.
002A1悬空间隙§1.
831.
731.
63.
072.
068.
064A2塑模封装厚度1.
981.
851.
73.
078.
073.
068A总高度0.
65.
026p引脚间距2828n引脚数最大正常最小最大正常最小尺寸范围毫米英寸单位21DpnBE1ELβcφαA2A1Aβ§重要特征PS401DS40238B_CN第44页2003MicrochipTechnologyInc.
注:2003MicrochipTechnologyInc.
DS40238B_CN第45页PS401本出版物中所述的器件应用信息及其它类似内容仅为建议,它们可能由更新之信息所替代.
确保应用符合技术规范,是您自身应负的责任.
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在知识产权保护下,不得暗中或以其它方式转让任何许可证.
商标Microchip名称和商标图案,Microchip商标图案,Accuron,dsPIC,KEELOQ,MPLAB,PIC,PICmicro,PICSTART,PROMATE和PowerSmart均为MicrochipTechnologyIncorporated在美国和其它国家的注册商标.
AmpLab,FilterLab,microID,MXDEV,MXLAB,PICMASTER,SEEVAL,SmartShunt和TheEmbeddedControlSolutionsCompany均为MicrochipTechnologyIncorporated在美国的注册商标ApplicationMaestro,dsPICDEM,dsPICDEM.
net,dsPICworks,ECAN,ECONOMONITOR,FanSense,FlexROM,fuzzyLAB,In-CircuitSerialProgramming,ICSP,ICEPIC,microPort,MigratableMemory,MPASM,MPLIB,MPLINK,MPSIM,PICkit,PICDEM,PICDEM.
net,PICtail,PowerCal,PowerInfo,PowerMate,PowerTool,rfLAB,rfPIC,SelectMode,SmartSensor,SmartShunt,SmartTel和TotalEndurance均为MicrochipTechnologyIncorporated在美国和其它国家的商标.
SerializedQuickTurnProgramming(SQTP)是MicrochipTechnologyIncorporated在美国的服务标记.
在此提及的所有其它商标均为其所有人的财产.
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Microchip确信:在正常使用的情况下,Microchip系列产品是当今市场上同类产品中最安全的产品之一.
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就我们所知,所有这些行为都不是以Microchip数据手册中规定的操作规范来使用Microchip产品的.
这样做的人极可能侵犯了知识产权.
Microchip愿与那些注重代码完整性的客户合作.
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位于加州MountainView的工厂也于2002年3月通过了该质量体系认证.
公司在PICMicro8位MCU,KEELOQ跳码器件,串行EEPROM和单片机外设产品方面的质量体系流量均符合QS-9000.
而且,Microchip在开发系统的设计、生产质量体系也通过了ISO9001认证.
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