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若作甚可穿着装备选用更准确的电量计

宣布时间:2016年07月13日 11:07    宣布者:eechina
要害词: 电量计 , 可穿着
安森美半导体供稿

便携式电子产物与我们的生涯日趋亲近,应用可穿着装备曾经成为破费新潮水。在市场日趋显着增添的同时,若何前进电量计的准确性成了亟待处置赏罚赏罚的效果。传统内置于可穿着装备的电量计可供应的准确度约±8%。是以假定指导器显示残剩电量为10%,那么现实值能够低至2%。用户经常以为装备可以再使命一段时间,而系统却突然意外关闭,损掉落未生涯的要害数据和使命,为用户的应用带来未便。试想假定这类误差发生在医疗情形,尚有能够危及生命。

经由历程添加电量计量功效的元件可以前进电量计的准确性,但这就有能够增添装备的尺寸和重量,而现在的破费者须要更纤薄、可集成更多功效的便携式/可穿着装备,是以设计职员须要推敲应用高能效的元件。

传统电量计量妄图:库仑计数法

库仑计数法是最经常应用的电量计量法,它接纳高精度的电流检测电阻,一连监测电池的输入电流。电流随时间而集成,并将效果与已知的最年夜电量阻拦较量,以盘算可用的残剩电量。

图1.jpg
图1:库仑计数法

库仑计数法的最年夜弊病在于其异常不准确,招致意外关机的能够性异常年夜。由于电池的自放电电流不流过外部检测电阻,以是它不克不及被检测到。而且这类自放电电流受电池温度的影响,自放电事宜招致情形温度降低而进一步影响准确度。此外,只需电池每次被充斥电才干取得准确的丈量,而现实上电池不是每次都被充斥电。

库仑计数法不只不准确,而且由于其须要检测电阻,招致资源增添并占用更年夜的PCB空间,而检测电流流过检测电阻会消耗特此外电池电量,滋扰主电池性能,增添功率消耗。

基于外部电阻跟踪电流-电压(HG-CVR)的混淆计量法

安森美半导体的LC70920XF智能锂电池电量计IC为战胜库仑计数电量计的弊病,并处置赏罚赏罚上述设计寻衅供应了绝佳处置赏罚赏罚妄图:接纳基于周详的模数转换(ADC)手艺的板载电量计,并在电量计内置误差校订和温度赔偿。联络低功耗使命及高精度计量,经由历程增添磨损确保更长的电池应用时间,此外,没有外部检测电阻意味着没有功率消耗并节俭名贵的PCB空间。

LC70920XF基于称为HG-CVR的希奇计量法,以±2.8%的误差丈量电池的相对电荷状态(RSOC),纵然在相对不稳固的条件下,网罗温度、老化、负载及自放电。

周详的参考电压对准确的电压丈量相当主要。LC70920XF具有准确的外部参考电压电路,且这不受温度影响,它存储参考表在其存储器中,其中网罗关于电池的电压/容量、电阻/容量及电阻/温度功效的数据。

HG-CVR法丈量电池电压、温度、外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和随负载电流变换的电压。变换的电压是由负载电流和外部电阻发生。那么电流值由以下公式一定:

V(VARIED) = V(MEASURED)-OCV
I=V(VARIED)/R(INTERNAL)

其中V(VARIED)是随负载电流变换的电压,V(MEAUSRED)是测得的电压,R(INTERNAL)是电池的外部电阻。外部电阻受残剩电量、负载电流、温度等因素影响。HG-CVR法在监测电压后提取电荷(库仑),并应用电阻装备档表和电压装备档表盘算。

然后,经由历程赓续将测到的电压及温度与参考表中的值阻拦较量来盘算残剩电池电量。当电池电压更低时,读数会更频仍,以确保在电池残剩应用时间变得更短时的准确的意料。

不像其它电荷丈量法,HG-CVR法能推敲到电池自放电事宜,无需将装备的电池充斥电用于校准,纵然电池只充电至50%,也可准确土地算电池的残剩应用时间。

图2.jpg
图2:安森美半导体专利的HG-CVR法

若何识别老化?

经由历程重复放电/充电,电池外部电阻将徐徐增添,满充容量(FCC)将增添。在库仑计数法中,通常应用FCC和残剩容量(RM)盘算RSOC。

RSOC = RM/FCC  ×100%

库仑计数法必须经由历程学习周期事后丈量增添的FCC。而HG-CVR可丈量电池的RSOC而无需学习周期,该妄图用来盘算电流的外部电池电阻与FCC高度相关。这相关性取决于电池的化学功效。应用这相关性申报的RSOC不受老化的影响。

误差自动收敛

库仑计数法的一个效果是误差随时间而积累,接纳库仑计数法的电量计必须找时机校订它。接纳HG-CVR的LC70920XF具有RSOC误差收敛的功效,误差在从开路电压的估测中赓续收敛。而且,库仑计数法没法检测准确的残剩变换,由于自放电电流数太小,但HG-CVR法经由历程电压信息能准确检测。

易于快速装配

浅易而言,对电量计来讲,取许多个参数是须要的,这通常消耗年夜量资源和特此外开发时间。LC70920XF的一个希奇功效是多个装备档表已内置其中,是以电池丈量泉源时要准备的参数目异常少,从而简化设计,加速装配。

上电复位/电池拔出检测

当LC70920XF检测到电池拔出,它泉源自动上电复位。一旦电池电压逾越复位释放电压(VRR),它将释放复位状态并将完成初始化以进入眠眠形式或使命形式。所有存放器在上电复位后初始化。假定在使命时电池电压比VRR低许多,LC70920XF也自动推行系统复位。

低功耗

HG-CVR在预设的时间段丈量电压和温度,无需监测电路一连运转,这使电量计电路能在丈量距离之间使自己进入节能睡眠形式,而且无需检测电阻,降低有源功耗。

接纳HG-CVR法的电量计增添所需元件数,降低功耗。以LC709203F为例,它比竞争妄图少4倍外部元件数,支持设计工程师省去外部电流检测电阻,接纳尺寸为1.76mm x 1.6mm的紧凑封装,减小约77.5%的印制电路板尺寸,较竞争妄图小约45%,不只降低物料单资源和设计时间,还提升可靠性。而且,由于所需外部元件数更少,LC709203F可显着降低总功耗,使命电流15 uA, 约竞争元件118 uA的1/10。在有源形式下,降低87%的功耗,在睡眠形式下,降低60%的功耗。

温度赔偿

锂电池容易遭到情形条件和情形温度变换的影响。特殊随着温度降至0°C以下,电池电阻变换,招致放电电流运动时电池压降增添。安森美半导体的智能锂电池电量计LC70920XF内置希奇的校订算法,以确保在宽规模的情形温度下在所有电池电压下的误差保持在2.8%以内。

智能锂电池电量计LC709203F概览

1.功效
•    接纳HG-CVR算法手艺:无需外部检测电阻,丈量电池RSOC的误差低至2.8%,调治电池的寄生电阻,简化设计
•    供应低功耗
•    供应周详的电压丈量
•    具周详的准时器
•    在低RSOC或低电压时收回警报
•    供应温度赔偿:温度经由历程I2C输入或直接由热敏电阻丈量,这温度赔偿有助于确保电量计在宽规模的情形温度下在所有电池电压下的误差保持在2.8%以内。
•    I2C接口支持达400 kHz频率

2.主要电气参数
参数条件 

规格

单元
VDD[V]最小值尺度值最年夜值
消耗电流正常形式2.5至4.5 1526μA
睡眠形式2.5至4.5 0.24 
电压丈量精度Ta=+25℃3.6-7.5 7.5mV/cell
Ta=-20℃至+70℃2.5至4.5-20 20 

3.  模块图及引脚分配
LC709203F可接纳WDFN8和WLCSP9两种封装要领,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:经由历程低输入(开漏)指导报警,上拉必须在外部完成,报警条件由存放器指定,未应用时该引脚毗连至VSS。假定电池残剩电荷降至低于设定值或低于设定电压,将经由历程开漏内置FET拉低ALARMB输入
TSW引脚:热敏电阻电源输入。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)必须与热敏电阻值类似
TSENSE引脚:热敏电阻输入。假定您将这引脚毗连到热敏电阻,其间需拔出100 Ω电阻用于ESD
SDA引脚:I2C数据引脚(开漏)。上拉必须在外部完成
SCL引脚:I2C时钟引脚(开漏)。上拉必须在外部完成

图3.jpg
图3:LC709203F模块图

须要重视的是,在不应用时必须将TSW和TSENSE引脚断开毗连。

4.关于电气功效及线路结构的诠释
1). 由于I2C地址是结实的,需确保其他元件不应用类似的地址
2). 元件从上电算起的初始化时间在80 ms以内
3). 假定经由历程I2C初始化(初始的RSOC),那么泉源读取电池值在2 ms后
4). 假定电源施加到VDD和VSS,电池值将保持稳固,岂论使能/禁用存放器的状态
5). 尽能够靠近IC端毗连VDD和VSS间的电容(1 μF)
6). 在不应用alarm功效时,只需将alarm端与VSS毗连,无需上拉电阻

总结

可穿着装备须要更准确、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战胜传统库仑计数电量计的弊病,接纳专利的HG-CVR 法,内置误差校订和温度赔偿,更精准地计量电池的残剩电量,让可穿着装备用户随时准确知晓电池的残剩应用时间,不再因系统意外关机而困扰。由于该妄图省去检测电阻,是以增添外部元件数,且功耗属业界最低,为用户供应更准确、更小尺寸、更高能效的功效。 

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