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(guò)充電電壓保護／負載監控腳。
　　UVP／OCP：過(guò)放電保護／過(guò)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(shí)，VT1和VT2導通，當柵極電壓為Ucc時(shí)，VT1和VT2關(guān)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(guān)斷時(shí)，電池組的充電電流流過(guò)二極管VD1 。當充電MOSFET關(guān)斷時(shí)，電池組的放電電流流過(guò)二極管VD2。VD1 和VD2集成在功率MOSFET VT1和VT2內部。應當說(shuō)明，當充電MOSFET和放電MOSFET都關(guān)斷時(shí)，電池組既不能充電，也不能放電。

　　電源電壓通過(guò)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(shí)，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(mǎn)足電池組充放電的要求。

　　穩壓器的工作原理將在“穩壓器”一節中說(shuō)明。該穩壓器輸出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(jìn)入休眠狀態(tài)后，C1的容量應保證穩壓器輸出電壓URGO在170ms以?xún)冉档偷?.1V。如果衰減時(shí)間較長(cháng)，C1兩端可并聯(lián)電阻R1。

　　在導通周期開(kāi)始時(shí)(tPUR+tOC)，穩壓器輸出電壓必須穩定在5V±10％,選擇微控制器時(shí)，應當考慮穩壓器輸出電壓的變化，導通周期結束時(shí)，穩壓器輸出電壓應當穩定在5V±0.5％，這樣，穩壓器的輸出電壓，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(jiǎn)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加到微控制器內的A／D輸入端，用來(lái)測試和監控電池組的溫度。選擇RT時(shí)，應當考慮熱敏電阻RT的動(dòng)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(lái)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(méi)有連續電流流過(guò)，因此可減小電源的功耗。

　　接入二極管VD3便于在過(guò)流保護狀態(tài)下監控負載的變化，同時(shí)，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(guān)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(guān)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(shí)，為了確保充電控制MOSFET完全關(guān)斷，必須接入阻值為1MΩ的上拉電阻RPU。

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

·接通／關(guān)斷充電器或用電設備時(shí)，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(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的靜電放電（ESD）
　　·用電設備中未濾除的噪聲
　　·周?chē)h(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(xiàn)應當盡可能短而寬，以便減小布線(xiàn)的阻抗，同時(shí)，各單體電池應當盡可能接近X3100或X3101的監控輸入腳。

　　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(guò)X3100或X3101內部的驅動(dòng)電路控制開(kāi)關(guān)MOSFET（VT6~VT9）導通與關(guān)斷。VT6~VT9中任意一只導通時(shí)流過(guò)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(shí)，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的阻值應根據具體應用而變。

　　X3100或X3101內部4Kbit的EEPROM存貯器用于存貯電池的特性，如現有容量、電池組經(jīng)歷、充放電循環(huán)次數、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(xiàn)提供與EEPROM的通信線(xiàn)路。

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

　　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(gè)電壓可能影響X3100或X3101內部穩壓器的電壓。這些MOSFET應當通過(guò)微控制器導通。

5. 通電時(shí)序

　　各單體電池接入保護電路后，X3100或X3101進(jìn)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X(jué)3100或X3101通電后才能進(jìn)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(guān)斷。微處理器通過(guò)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／校準周期內導通。起始測試／校準周期應為tov+200ms或者tuv+200ms中持續時(shí)間更長(cháng)的。