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