鋰離子電池組充放電保護和容量均衡控制電路X3100／X3101應用

：芯片選擇腳。
　　OVP／LMON：過充電電壓保護／負載監(jiān)控腳。
　　UVP／OCP：過放電保護／過電流保護腳。

4. 典型應用電路

　　X3100和X3101典型應用電路如圖3所示，VT1和VT2分別為放電控制MOSFET和充電控制MOSFET。因為VT1和VT2都是P溝道器件，所以當柵極電壓為Uss時，VT1和VT2導通，當柵極電壓為Ucc時，VT1和VT2關斷。放電MOSFET用于控制電池組放電，而充電MOSFET用于控制電池組充電。當放電MOSFET關斷時，電池組的充電電流流過二極管VD1 。當充電MOSFET關斷時，電池組的放電電流流過二極管VD2。VD1 和VD2集成在功率MOSFET VT1和VT2內(nèi)部。應當說明，當充電MOSFET和放電MOSFET都關斷時，電池組既不能充電，也不能放電。

　　電源電壓通過二極管VD6和VD7加到X3100或X3101的Vcc腳。這樣在正常工作狀態(tài)下，X3100或X3101由鋰離子電池組供電。當電池組充電時，X3100或X3101由外部電源（比如充電器）經(jīng)P+腳供電，因此VD6和VD7的電壓和電流額定值必需滿足電池組充放電的要求。

　　穩(wěn)壓器的工作原理將在“穩(wěn)壓器”一節(jié)中說明。該穩(wěn)壓器輸出5V±0.5％電壓。接在RGO腳與接地腳之間的電容C1可以對RGO輸出電壓濾波。C1可選用0.1μF或更小的電容器。當X3100或X3101進入休眠狀態(tài)后，C1的容量應保證穩(wěn)壓器輸出電壓URGO在170ms以內(nèi)降低到0.1V。如果衰減時間較長，C1兩端可并聯(lián)電阻R1。

　　在導通周期開始時(tPUR+tOC)，穩(wěn)壓器輸出電壓必須穩(wěn)定在5V±10％,選擇微控制器時，應當考慮穩(wěn)壓器輸出電壓的變化，導通周期結束時，穩(wěn)壓器輸出電壓應當穩(wěn)定在5V±0.5％，這樣，穩(wěn)壓器的輸出電壓，可作為微控制器中A／D變換器的基準電壓。

　　利用熱敏電阻RT和普通電阻R,T組成簡單的電阻分壓器，可以采樣電池組的溫度。熱敏電阻兩端電壓UT加到微控制器內(nèi)的A／D輸入端，用來測試和監(jiān)控電池組的溫度。選擇RT時，應當考慮熱敏電阻RT的動態(tài)電阻變化范圍以及微控制器A／D輸入端輸入電壓的范圍，微控制器的輸出可以用來接通熱敏電阻分壓器并且周期地接通溫度采樣電路，這樣，熱敏電阻分壓器中就沒有連續(xù)電流流過，因此可減小電源的功耗。

　　接入二極管VD3便于在過流保護狀態(tài)下監(jiān)控負載的變化，同時，在正常工作狀態(tài)下，可防止電流流入OVP／LMON腳。在休眠狀態(tài)下，N溝道MOSFET關斷，這種功能消失。

　　電阻RPU接在充電控制MOSFET（VT2）的柵極和漏極之間。放電控制MOSFET（VT1）被X3100或X3101關斷后，OVP／LMON腳的電壓將達到最大值，其值等于電池組的端電壓減去正向偏置二極管的電壓降（UP+－UVD7）。因為充電控制MOSFET（VT2）的漏極接有較高的電位（UP+），所以當OVP／LMON腳電壓為Ucc時，為了確保充電控制MOSFET完全關斷，必須接入阻值為1MΩ的上拉電阻RPU。

　　X3100或X3101的單體電池電壓監(jiān)控輸入腳VCELL1到VCELL4的外接電容和電阻，組成低通濾波器，用來消除電壓監(jiān)控輸入腳的干擾信號，這些干擾信號包括：

·接通／關斷充電器或用電設備時，電池組兩端產(chǎn)生的瞬變電壓
　　·某些東西或某人接觸電池接點時產(chǎn)生的靜電放電（ESD）
　　·用電設備中未濾除的噪聲
　　·周圍環(huán)境在電池組中產(chǎn)生的射頻（RF）信號

　　這些干擾不僅能夠引起X3100或X3101工作不正常，還可能損壞器件。為了濾除干擾，電容器可選用0.01μF陶瓷電容器，電阻的阻值應為10KΩ。為了減小干擾，PCB板上的布線應當盡可能短而寬，以便減小布線的阻抗，同時，各單體電池應當盡可能接近X3100或X3101的監(jiān)控輸入腳。

　　電阻RCB及其相連的N溝道MOSFET（VT6~VT9）用于均衡單體電池的電壓。微控制器和SPI端口通過X3100或X3101內(nèi)部的驅動電路控制開關MOSFET（VT6~VT9）導通與關斷。VT6~VT9中任意一只導通時流過該MOSFET的電流受串聯(lián)電阻RCB限制。因此，可以控制每只單體電池兩端的電壓。采用鋰離子電池組時，各單體電池兩端電壓不均衡，將大大減小電池組的有用容量，電阻RCB的阻值應根據(jù)具體應用而變。

　　X3100或X3101內(nèi)部4Kbit的EEPROM存貯器用于存貯電池的特性，如現(xiàn)有容量、電池組經(jīng)歷、充放電循環(huán)次數(shù)、最低／最高工作電壓、電池組生產(chǎn)日期以及其他信息也都可存入EEPROM陣列。SPI串行母線提供與EEPROM的通信線路。

　　電流采樣電阻RSENSE用來測試并監(jiān)控流入或流出電池組的電流，從而防止電池組出現(xiàn)過電流狀態(tài)。電阻RSENSE也用于通過微控制器從電池外部監(jiān)控電池組的電流。

　　接在電池組外面的微控制器通用I／O端口需要接入VT4和VT5在某些情況（休眠狀態(tài)）下，不接這些MOSFET上拉電阻可能將電壓加到微控制器的Vcc腳，這個電壓可能影響X3100或X3101內(nèi)部穩(wěn)壓器的電壓。這些MOSFET應當通過微控制器導通。

5. 通電時序

　　各單體電池接入保護電路后，X3100或X3101進入并維持在休眠狀態(tài)，電池組不能正常供電。為了使X3100或X3101脫離休眠狀態(tài)，大于16V（X3100的USLR）或12V（X3101的USLR）的電壓應當加到Vcc腳，使電池組處充電狀態(tài)。

　　USLR加到Vcc腳后，模擬信號選擇腳（AS2～ASO）和SPI通信腳（ 、CLK、SI、SO）必須為低電平，這樣X3100或X3101通電后才能進入正常工作狀態(tài)。利用通電復位電路，可以完成這種功能。
不管是由接通電源后，或者是從休眠狀態(tài)轉入正常工作狀態(tài)后，控制寄存器所有各位均為零。UVPC和OVPC位為零，充電控制和放電控制MOSFET均關斷。微處理器通過SPI端口使MOSFET導通以前，應當檢測電壓和電流，軟件應當避免MOSFET在起始測試／校準周期內(nèi)導通。起始測試／校準周期應為tov+200ms或者tuv+200ms中持續(xù)時間更長的。