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鋰離子電池組充放電保護和容量均衡控制電路X3100／X3101應用
作者：
時(shí)間：2012-03-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1. 概述
X3100用于四只串聯(lián)單體鋰離子電池保護和容量均衡，X3101用于三只串聯(lián)鋰離子電池組保護和容量均衡。這兩種器件內部都具有過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流保護及延時(shí)電路、EEPROM存貯器、穩壓器、控制充放電和電壓均衡的外接MOSFET的驅動(dòng)電路、結構寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器、模擬多路轉換開(kāi)關(guān)和SPI串行接口等如圖1所示。
圖1 X3100／X3101內部結構框圖
過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流門(mén)限值存貯在內部EEPROM存貯器中電池的種類(lèi)和參數也可寫(xiě)入該存貯器，組成數字化電池組。各種保護門(mén)限值都可利用3MHz的SPI串行接口通過(guò)軟件獨立選擇，同時(shí)利用外接電容器可以改變各種保護的延遲時(shí)間。
利用內部模擬多路轉換開(kāi)關(guān)，通過(guò)外部帶有A／D變換器的微控制器，X3100／X3101允許從器件外部監控單體電池的電壓和電流（利用電流采樣電阻），該控制器的軟件可算電池組的現有容量，同時(shí)利用軟件還可實(shí)現單體電池電壓均衡等功能。
X3100和X3101內部含有一個(gè)電流采樣放大器，該放大器可選增益為10、25、80和160。這樣利用外部10位A／D變換器獲得的分辨率高于昂貴的14位A／D變換器。
2. 工作原理
X3100和X3101可實(shí)現單體鋰電池保護，它具有兩種不同的工作狀態(tài)。
首先，在正常工作狀態(tài)下，該器件周期地檢測每個(gè)單體鋰電池的過(guò)充電和過(guò)放電狀態(tài)，同時(shí)還連續監控電池組的過(guò)電流狀態(tài)。各種保護狀態(tài)的門(mén)限值可由用戶(hù)通過(guò)軟件來(lái)選擇。達到某個(gè)保護門(mén)限值時(shí)，放電控制MOSFET、充電控制MOSFET或充放電控制MOSFET立即關(guān)斷，從而保護電池組。在過(guò)放電狀態(tài)下，X3100和X3101進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)，從而節省電池的能量。在休眠狀態(tài)下，內部穩壓器關(guān)斷，停止對微控制器供電，這樣可進(jìn)一步減小電池組的供電電流。
另外，在監控狀態(tài)下，帶A／D變換器的微控制器，通過(guò)模擬多路轉換器輸出腳 AO和X3100或X3101內部的模擬多路轉換器MUX測試每只單體電池的電壓和電池組的電流。該器件可實(shí)現過(guò)充電、過(guò)放電保護、電池組內各單體電池容量均衡，電池組現有容量計算等功能，用戶(hù)利用軟件算法，可以使設定門(mén)限值滿(mǎn)足各種鋰電池的要求和所用單體鋰電池的要求。為了監控這些電壓，所有保護電路均連續工作。
在典型應用電路中，為了適應智能電池系統的接口協(xié)議，微控制器也應當是可編程的，以便提供SMBus接口。加入這些功能后，由X3100或X3101組成的模塊可達到最新的工業(yè)電池組標準。
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