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更正确的电量计采用内部电阻跟踪电流-电压用于可穿着装备

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发表于 2020-5-24 11:57:21 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

  我们现今的生活已和便携式电子产物密不成份,可穿着装备作为新的潮水正日渐遭到消耗者喜爱。据Allied Market Research organization的数据,到2020年,可穿着电子市场每年的代价将跨越250亿美圆,包括智能腕表/环、健身追踪装备、可穿着医疗等等。选够就到华泽易成,产物资量有保障!  !

  本文援用地址:

  在市场正明显增加的同时,对这类利用的设想也面临一些严重应战:电量计的牢靠性相当重要,不成靠的电池计量IC能够致使致命的毛病。用户凡是经过指示器显现的残剩电量来判定装备继续工作的时候。传统内置于可穿着装备的电量计可供给的切确度约±8%。是以假如指示器显现残剩电量为10%,那末现实值能够低至2%。用户常常以为装备可以再工作一段时候,而系统却忽然意外封闭,丧失未保存的关键数据和工作,为用户的利用带来未便。试想假如这类故障发生在医疗情况,还有能够危及生命。

  随着技术的进步,便携式/可穿着装备的外形越来越纤薄,这意味着电池必须供给更大容量的同时,尺寸必须越来越小。从消耗者的角度,期望便携式/可穿着装备集成更多更丰富功用的同时,能随时正确奉告残剩电量,但这类利用因不竭趋于小外形而致使可用空间受限,增加肆意供给电量计量功用的元件都能够增加装备的尺寸、重量,因此设想职员需要斟酌利用高能效的元件。

  传统电量计量计划:库仑计数法

  库仑计数法是最常用的电量计量法,它采用高精度的电流检测电阻,持续监测电池的输出电流。电流随时候而集成,并将成果与已知的最大电量停止比力,以计较可用的残剩电量。

  图1:库仑计数法

  库仑计数法的最大弊端在于其很是不正确,致使意外关机的能够性很是大。由于电池的自放电电流不流过内部检测电阻,所以它不能被检测到。而且这类自放电电流受电池温度的影响,自放电事务致使情况温度升高而进一步影响切确度。此外,只要电池每次被布满电才能获得正确的丈量,而究竟上电池不是每次都被布满电。

  库仑计数法不但不正确,而且由于其需要检测电阻,致使本钱增加并占用更大的PCB空间,而检测电流流过检测电阻会消耗额外的电池电量,干扰主电池性能,增加功率消耗。

  基于内部电阻跟踪电流-电压(HG-CVR)的夹杂计量法

  更正确地丈量残剩电池电量的更佳的计划是采用基于紧密的模数转换(ADC)技术的板载电量计,并在电量计内置误差校正和温度抵偿。

  安森美半导体的LC70920XF智能锂电池电量计IC 克服库仑计数电量计的弊端,处理上述设想应战:连系低功耗工作及高精度计量,经过削减磨损确保更长的电池利用时候,此外,没有内部检测电阻意味着没有功率消耗并节省贵重的PCB空间。

  LC70920XF基于称为HG-CVR的怪异计量法,以±2.8%的误差丈量电池的相对电荷状态(RSOC),即使在相对不稳定的条件下,包括温度、老化、负载及自放电。

  紧密的参考电压对正确的电压丈量相当重要。LC70920XF具有切确的内部参考电压电路,且这不受温度影响,它存储参考表在其存储器中,其中包括关于电池的电压/容量、电阻/容量及电阻/温度功用的数据。

  HG-CVR法丈量电池电压、温度、内部电阻和电池开路电压(OCV)。OCV是无负载电流的电池电压。丈量的电池电压分为OCV和随负载电流变化的电压。变化的电压是由负载电流和内部电阻发生。那末电流值由以下公式肯定:

  V(VARIED) = V(MEASURED)-OCV

  I=V(VARIED)/R(INTERNAL)

  其中V(VARIED)是随负载电流变化的电压,V(MEAUSRED)是测得的电压,R(INTERNAL)是电池的内部电阻。内部电阻受残剩电量、负载电流、温度等身分影响。HG-CVR法在监测电压后提取电荷(库仑),并利用电阻设置档表和电压设置档表计较。

  然后,经过不竭将测到的电压及温度与参考表中的值停止比力来计较残剩电池电量。当电池电压更低时,读数会更频仍,以确保在电池残剩利用时候变得更短时的正确的猜测。

  不像别的电荷丈量法,HG-CVR法能斟酌到电池自放电事务,无需将装备的电池布满电用于校准,即使电池只充电至50%,也可正确地计较电池的残剩利用时候。

  图2:安森美半导体专利的HG-CVR法

  若何识别老化?

  通太反复放电/充电,电池内部电阻将逐步增加,满充容量(FCC)将削减。在库仑计数法中,凡是利用FCC和残剩容量(RM)计较RSOC。

  RSOC = RM/FCC ×100%

  库仑计数法必须经过进修周期预先丈量削减的FCC。而HG-CVR可丈量电池的RSOC而无需进修周期,该计划用来计较电流的内部电池电阻与FCC高度相关。这相关性取决于电池的化学功用。操纵这相关性报告的RSOC不受老化的影响。

  误差自动收敛

  库仑计数法的一个题目是误差随时候而积累,采用库仑计数法的电量计必须找机遇校正它。采用HG-CVR的LC70920XF具有RSOC误差收敛的功用,误差在从开路电压的估测中不竭收敛。而且,库仑计数法没法检测正确的残剩变化,由于自放电电流数太小,但HG-CVR法经过电压信息能正确检测。

  易于快速安装

  一般而言,对电量计来说,获得多个参数是需要的,这凡是花费大量资本和额外的开辟时候。LC70920XF的一个怪异功用是多个设置档表已内置其中,因此电池丈量起头时要预备的参数目很是少,从而简化设想,加速安装。

  上电复位/电池插入检测

  当LC70920XF检测到电池插入,它起头自动上电复位。一旦电池电压跨越复位开释电压(VRR),它将开释复位状态并将完成初始化以进入就寝形式或工作形式。一切寄存器在上电复位后初始化。假如在工作时电池电压比VRR低很多,LC70920XF也自动履行系统复位。

  低功耗

  HG-CVR在预设的时候段丈量电压和温度,无需监测电路延续运转,这使电量计电路能在丈量间隔之间使本身进入节能就寝形式,而且无需检测电阻,下降有源功耗。

  采用HG-CVR法的电量计削减所需元件数,下降功耗。以LC709203F为例,它比合作计划少4倍内部元件数,支持设想工程师省去内部电流检测电阻,采用尺寸为1.76mm x 1.6mm的松散封装,减小约77.5%的印制电路板尺寸,较合作计划小约45%,不但下降物料单本钱和设想时候,还提升牢靠性。而且,由于所需内部元件数更少,LC709203F可明显下降总功耗,工作电流15 uA, 约合作元件118 uA的1/10。在有源形式下,下降87%的功耗,在就寝形式下,下降60%的功耗。

  温度抵偿

  锂电池轻易遭到情况条件和情况温度变化的影响。特别随着温度降至0°C以下,电池电阻变化,致使放电电流活动时电池压降增加。安森美半导体的智能锂电池电量计LC70920XF内置怪异的校正算法,以确保在宽范围的情况温度下在一切电池电压下的误差连结在2.8%之内。

  智能锂电池电量计LC709203F概览

  1.功用

  · 采用HG-CVR算法技术:无需内部检测电阻,丈量电池RSOC的误差低至2.8%,调理电池的寄生电阻,简化设想

  · 供给低功耗

  · 供给紧密的电压丈量

  · 具紧密的按时器

  · 在低RSOC或低电压时发出警报

  · 供给温度抵偿:温度经过I2C输入或间接由热敏电阻丈量,这温度抵偿有助于确保电量计在宽范围的情况温度下在一切电池电压下的误差连结在2.8%之内。

  · I2C接口支持达400 kHz频次

  2.首要电气参数

  3. 模块图及引脚分派

  LC709203F可采用WDFN8和WLCSP9两种封装方式,其模块图如图3 所示。其中,

  TEST引脚:毗连至VSS

  VSS引脚:毗连至电池负极

  VDD引脚:毗连至电池正极

  ALARMB引脚:通太低输出(开漏)指示报警,上拉必须在内部完成,报警条件由寄存器指定,未利用时该引脚毗连至VSS。假如电池残剩电荷降至低于设定值或低于设定电压,将经过开漏内置FET拉低ALARMB输出

  TSW引脚:热敏电阻电源输出。在读取温度值时,该引脚为高电平。TSW电阻值(针对上拉热敏电阻)必须与热敏电阻值不异

  TSENSE引脚:热敏电阻输入。假如您将这引脚毗连到热敏电阻,其间需插入100 ?电阻用于ESD

  SDA引脚:I2C数据引脚(开漏)。上拉必须在内部完成

  SCL引脚:I2C时钟引脚(开漏)。上拉必须在内部完成

  图3:LC709203F模块图

  需要留意的是,在不利用时必须将TSW和TSENSE引脚断开毗连。

  4.关于电气功用及线路结构的说明

  1)。 由于I2C地址是牢固的,需确保其他元件不利用不异的地址

  2)。 元件从上电算起的初始化时候在80 ms之内

  3)。 假如经过I2C初始化(初始的RSOC),那末起头读取电池值在2 ms后

  4)。 假如电源施加到VDD和VSS,电池值将连结稳定,不管使能/禁用寄存器的状态

  5)。 尽能够靠近IC端毗连VDD和VSS间的电容(1 μF)

  6)。 在不利用alarm功用时,只需将alarm端与VSS毗连,无需上拉电阻

  总结

  可穿着装备需要更正确、更低功耗和更小尺寸的电量计,安森美半导体的智能锂电池电量计LC70920XF克服传统库仑计数电量计的弊端,采用专利的HG-CVR 法,内置误差校正和温度抵偿,更精准地计量电池的残剩电量,让可穿着装备用户随时正确知晓电池的残剩利用时候,不再因系统意外关机而困扰。由于该计划省去检测电阻,因此削减内部元件数,且功耗属业界最低,为用户供给更正确、更小尺寸、更高能效的功用。
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