IC資料-bq2060A符合通訊協(xié)議(SBS)智能型電芯計量集成電路

1、bq2060A符合通訊協(xié)議(SBS)智能型電芯計量集成電路l 功能Ø 提供鎳鎘、鎳氫、鋰離子和鉛酸可充電電芯準確電量測量Ø 符合通訊協(xié)議(SBS)智能型電芯數(shù)據(jù)規(guī)格v1.1Ø 支持具PEC接口之雙線SMBus v1.1或一線的HDQ16Ø 提供各個電芯電壓報告Ø 在充放電時監(jiān)控并提供控制鋰離子保護電路的MOSFETØ 對電壓、溫度及電流的測量提供15位的分辨率Ø 用誤差校準少于16uV的VF轉換器來測量充電電流Ø 操作功耗小于0.5mWØ 可驅(qū)動4或5個區(qū)段LED來顯示剩余容量Ø 28-pin、

2、150-mil的SSOP封裝l 一般說明符合SBS通訊協(xié)議的bq2060A計量集成電路，可對安裝于系統(tǒng)內(nèi)可重復充電的電芯或電芯組，提供精確的剩余電量記錄。bq2060A不但可以監(jiān)控鎳鎘、鎳氫、鋰離子及鉛酸電池的容量，同時也監(jiān)控其它關鍵電芯參數(shù)。bq2060A是使用一個具有自動偏移誤差修正的VF(V-to-F)轉換器來計算的。bq2060A使用一個模擬對數(shù)字轉換器(A-to-D)來讀取電壓、溫度及電流值。扳子上的模擬對數(shù)字轉換器也會監(jiān)控著鋰離子電芯組中電芯的個別電壓，而且bq2060A也可產(chǎn)生控制信號，可用來配合電池包保護電路并聯(lián)控制，來加強電芯組的安全性。bq2060A支持智能型電芯數(shù)據(jù)(SB

3、Data)指令和充電控制指令功能。使用雙線的系統(tǒng)管理總線(SMBus)或Benchmarq單線的HDQ16協(xié)議來溝通數(shù)據(jù)。這些有效數(shù)據(jù)包括電芯的剩余容量、溫度、電壓、電流及預估可使用剩余時間等。bq2060A提供LED驅(qū)動和一個按鍵輸入，可以選擇使用4或5個LED顯示器，以20或25的增加量來顯示電芯組從滿到空的剩余容量。bq2060A需配合外接的EEPROM一起工作。此EEPROM儲存著bq2060A的結構信息，如電芯的化學特性、自我放電率、補償因素、量測校正、設計的電壓和容量。bq2060A可程序化的自我放電率和其它儲存在EEPROM內(nèi)的補償因素，配合時間、電流量及溫度，精確的調(diào)整使用中或

4、待命狀態(tài)的剩余容量。bq2060A也會自動依EEPROM設定來修正電芯容量，或經(jīng)由從接近滿電量到接近空電量的一個放電周期來修正真正的電芯容量。REG腳位的輸出是用來調(diào)節(jié)外部JFET的控制電壓，使bq2060A可在正確的電壓下工作。 l 引腳名稱Ø HDQ16串行通信輸入/輸出引腳Ø ESCLEEPROM時序Ø ESDAEEPROM數(shù)據(jù)和地址Ø RBI寄存器備份輸入Ø REG調(diào)整輸出Ø VOUTEEPROM電源供應輸出Ø VCC供電電壓Ø VSS接地Ø DISPLED顯示控制輸入Ø LED1-LE

5、D5LED顯示段輸出Ø DFC放電FET控制輸出Ø CFC充電FET控制輸出Ø CVON單個電芯分壓控制Ø THON熱敏電阻偏移控制Ø TS熱敏電阻電壓輸入Ø SRC電流感應電阻電壓輸入Ø SR1-SR2充電電流感應電阻電壓 輸入Ø VCELL1- VCELL4單個電芯電壓輸入Ø SMBDSMBus數(shù)據(jù)Ø SMBCSMBus時鐘l 引腳描述Ø HDQ16串行通信輸入/輸出引腳開漏的雙向通信接口Ø ESCLEEPROM時序bq2060A與外部非易失性EEPROM數(shù)據(jù)傳輸時鐘輸出

6、Ø ESDAEEPROM數(shù)據(jù)和地址bq2060A與外部非易失性EEPROM傳輸與發(fā)送地址與數(shù)據(jù)的雙向引腳Ø RBI寄存器備份輸入為bq2060A的寄存器在低操作電壓下提供備份的輸入引腳。RBI可接一個電容或電芯的輸入。Ø REG調(diào)整輸出輸出控制一個N溝道JFET，用來調(diào)整它的控制電壓，使bq2060A可以在正確的電壓下工作。Ø VOUTEEPROM電源供應輸出外部非易失性EEPROM的電源供應Ø VCC供電電壓Ø VSS接地Ø DISPLED顯示控制輸入控制LED驅(qū)動LED1-LED5輸出Ø LED1-LED5 L

7、ED顯示段輸出每個輸出能驅(qū)動一個外部LEDØ DFC放電FET控制輸出鋰離子電池包保護電路放電FET控制輸出Ø CFC充電FET控制輸出鋰離子電池包保護電路充電FET控制輸出Ø CVON單個電芯分壓控制在單個電芯電壓監(jiān)控時，控制外部FET輸出導通外部電壓分壓器Ø THON熱敏電阻偏移控制在溫度監(jiān)控時，控制外部FET輸出連接熱敏電阻Ø TS熱敏電阻電壓輸入監(jiān)控溫度時了解熱敏電阻輸入Ø SRC電流感應電阻器電壓輸入監(jiān)控瞬時電流輸入Ø SR1-SR2 充電電流感應電阻器電壓 輸入連接小值電流檢測電阻監(jiān)控電芯充放電電流輸入Ø

8、; VCELL1- VCELL4 單個電芯電壓輸入各個電芯串聯(lián)電壓監(jiān)控輸入Ø SMBDSMBus數(shù)據(jù)開漏雙向引腳用來向和從bq2060A傳輸和接收地址和數(shù)據(jù)Ø SMBCSMBus時鐘開漏雙向引腳為bq2060A傳輸和發(fā)送地址和數(shù)據(jù)提供時鐘l 功能描述² 一般操作bq2060A通過監(jiān)控充電輸入量或者可充電電芯使用量來計算剩余容量。除了監(jiān)控充放電，bq2060A也監(jiān)控電芯電壓、溫度、電流、電芯自我放電率，還監(jiān)控電芯低電壓門限。bq2060A通過監(jiān)控串聯(lián)在電芯負極和電芯組負極之間的小值電流檢測電阻的電壓，來檢測充放電活動。有效的電芯充電是通過監(jiān)控這個電壓和校正對環(huán)境和操

9、作條件的測量來決定的。圖1提供一種bq2060A的典型應用線路。這個線路圖包括LED顯示器，電壓和溫度測量網(wǎng)絡，EEPROM連接，一個串行口和電流檢測電阻。EEPROM存儲著電芯組基本的結構信息測量修正值。EEPROM必須要合適地編程來為bq2060A操作。表9提供了EEPROM的內(nèi)存映射，并且概要的描述了在bq2060A里有效的可編程功能。bq2060A需要一個負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻(Semitec 103AT)來進行溫度測量。bq2060A利用熱敏電阻的溫度來監(jiān)控電池包的溫度，檢測一個電芯的滿充電情況，調(diào)整自放電和電芯充放電的效率。² 測量運作bq2060A利用完全微分，

10、 動態(tài)平衡電源頻率轉換器(VFC)來進行充電監(jiān)控，用模擬數(shù)字轉換器(ADC)來進行電芯電壓、電流和溫度監(jiān)控。依據(jù)bq2060A的操作模式，電壓、電流和溫度監(jiān)控每2-2.5s進行一次。最大時間發(fā)生在EDV，mWh模式和最大允許放電率。任何的AtRate估計請求或者預定(每20s)會增加0.5s的時間間隔。² 充電和放電計數(shù)VFC通過監(jiān)控一個接著SR1和SR2引腳之間(見圖1)的小值電流檢測電阻來測量電芯的充放電電流。VFC測量雙向信號可達250mV。當為正時bq2060A偵測為充電活動，當為負時為放電活動。bq2060A對此信號用內(nèi)部計數(shù)器連續(xù)對時間積分。計數(shù)器的基本速率為6.25uV

11、h。² 誤差修正bq2060A提供一種自動修正特點來消除SR1和SR2在最大充電測量時的電壓精度誤差。修正程序通過發(fā)送一個指令到ManufacturerAccess()來啟動的。bq2060A的自動誤差修正可以低到6.25uV。誤差消除小于1uV。² 數(shù)字濾波器低于數(shù)字濾波器門坎，bq2060A不會判斷充電或放電。數(shù)字濾波器門坎放在EEPROM內(nèi)， 此值應該被設定到足夠高，以避免當沒有充放電流通過感應電阻器時的錯誤訊號偵測。² 電壓當監(jiān)測SR1和SR2充放電電流時，bq2060A同時也通VCELL1-VCELL2引腳監(jiān)測電池包的剩余容量和個別串聯(lián)電芯電壓。bq20

12、60A監(jiān)測電池包的電壓，并將其值寫入Voltage()。bq2060A也可以測量電池包里4節(jié)串聯(lián)電芯的電壓。個別電芯電壓被存儲在可選擇的Manufacturer Function里面。VCELL1-VCELL2引腳被精密電阻分壓降壓后接到個別電芯上，如圖1所示。VCELL1-VCELL2相對Vss的最大輸入電壓為1.25V。電阻分壓器必須被設置，這樣在所有的操作條件下電壓輸入將不會超過1.25V的限制。同樣，VCELL1-VCELL2的分壓比必須是VCELL3-VCELL4的一半。為了減少電芯的電流消耗，CVON只在測量的時候接通各個電芯的分壓器。當電芯被測量的時候，CVON保持250ms的高

13、阻，否則就被置低。bq2060A的SRC引腳用來測量電芯的充放電電流。來自串聯(lián)感應電阻的信號經(jīng)過SRC的ADC轉換后被存在Current()里。由表2所示，SRC的滿量程輸入范圍為。圖1.電池包應用圖LED顯示和串聯(lián)電芯監(jiān)測表1.VCELL1-VCELL2的分壓和輸入范圍舉例表2.SRC輸入范圍² 溫度如圖1所示，當進行電芯溫度測量的時候，bq2060A的TS輸入要和一個負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻相連。bq2060A在Temperature()里報告溫度。當bq2060A采樣TS輸入時，THON將被用來導通到熱敏電阻的基本供電電壓輸入。在測量溫度時，THON將保持60ms的高阻，

14、其它情況下將被置低。l 通信bq2060A包括兩種通信接口：系統(tǒng)管理總線(SMBus)和HDQ16。SMBus接口是雙線雙向協(xié)議，使SMBC（時鐘）和SMBD（數(shù)據(jù)）引腳。HDQ16接口為一線雙向協(xié)議，使用HDQ16引腳。所有的三條通信線是獨立于Vcc的，可以被上拉高于Vcc。同樣，如果Vcc到這部分為0，那么bq2060A將不會把這些線拉低。HDQ16如果不用，必須用100的電阻下拉。這些通信口允許一個主機、一個與SMBus兼容的設備或其它的處理器來訪問bq2060A的內(nèi)存寄存器。用這種方法，一個系統(tǒng)可以有效地監(jiān)控和管理電芯。u SMBusSMBus接口是基于指令的協(xié)議。一個處理器扮演總線管

15、理員，通過產(chǎn)生一個START信號來開始向bq2060A的通信。一個START信號由一個SMBD線由高到低的變化組成，此時SMBC為高。然后，處理器發(fā)送bq2060A設備地址0001011(位7-1)加一位讀/寫位(位0)，后面跟著一個SMBus指令碼。讀/寫位和指令碼指示bq2060A要么把發(fā)送來的數(shù)據(jù)存入SMBus指令碼指定的寄存器中，要么從指定寄存器輸出數(shù)據(jù)。處理器由STOP信號完成訪問。STOP信號由一個SMBD線由低到高的變化，此時SMBC為高。在SMBus中，數(shù)據(jù)字節(jié)中最重要的位將被第一個傳送。在一些實例中，bq2060A作為總線管理員。這個發(fā)生在當bq2060A廣播充電需要和報警條

16、件的設備地址0x12(智能電池充電器)和0x10(智能電池主控制器)。² SMBus協(xié)議bq2060A支持以下SMBus協(xié)議：n 讀取字符協(xié)議n 寫入字符協(xié)議n 讀取區(qū)塊協(xié)議作為總線主機的處理器利用這三條協(xié)議來和bq2060A來通信。而作為總線主機的bq2060A用寫入字符協(xié)議。SMBD和SMBC引腳是開漏的，需要外部上拉電阻。² SMBus協(xié)議包出錯校驗bq2060A支持協(xié)議包出錯校驗機制來確認它本身和另一個SMBus設備的準確通信。協(xié)議包出錯校驗需要發(fā)送者和接收者為每次通信消息計算一個協(xié)議包出錯碼(PEC)。設備提供的最后一個通信消息的字節(jié)里跟隨一個這個消息的PEC。接

17、收者比較發(fā)送的和它自己的PEC來檢測是否出現(xiàn)通信出錯。² PEC協(xié)議bq2060A可以接收或發(fā)送帶有或者不帶有PEC的數(shù)據(jù)。圖4所示為讀取字符、寫入字符和讀取區(qū)塊消息的通信協(xié)議無PEC。圖5為有PEC。圖4. 無PEC的SMBus通信協(xié)議圖5.有PEC的SMBus通信協(xié)議在寫入字符協(xié)議中，從主機發(fā)送來的最后位數(shù)據(jù)之后，bq2060A就會等待接收PEC。如果主機不支持PEC，最后的字符數(shù)據(jù)會跟隨著一個STOP信號。在收到PEC之后，bq2060A會比較這個值跟自己計算的值。如果PEC是正確的，bq2060A會響應一個ACKNOWLEDGE。如果不正確，bq2060A會響應一個NOT A

18、CKNOWLEDGE，并且設定一個錯誤碼。在讀取字符協(xié)議和讀取區(qū)塊協(xié)議中，在bq2060A發(fā)送的數(shù)據(jù)的最后位，主機會產(chǎn)生一個ACKNOWLEDGE。bq2060A就發(fā)送PEC，而作為接收的主機會產(chǎn)生一個NOT ACKNOWLEDGE和一個STOP信號。² PEC計算PEC計算的基本原理是一個基于多項式的8位循環(huán)冗余核對器。PEC計算包括傳輸中的所有字節(jié)，地址、指令和數(shù)據(jù)。PEC計算不包括ACKNOWLEDGE、NOT ACKNOWLEDGE、START、STOP和RepeatedSTART位。例如，主機向bq2060A請求RemainingCapacity()。這個包括在讀取字符協(xié)議

19、下的主機。bq2060A根據(jù)以下5個字節(jié)的數(shù)據(jù)來計算PEC，假設電芯的剩余容量為1001mAh。n 電芯讀/寫地址0：0x16n RemainingCapacity()的指令碼：0x0fn 電芯讀/寫地址0：0x17n RemainingCapacity()：0x03e9對于0x160f17e903，bq2060A傳輸一個0xe8的PEC給主機。² 在控制模式中的PEC允許PEC可以廣播給充電器、主機或者兩者都可以通過控制模式中的HPE和CPE位來設置允許和不允許。² SMBus開啟和關閉狀態(tài)bq2060A通過監(jiān)控SMBC和SMBD線來偵測SMBus是否進入關閉狀態(tài)。當兩個

20、信號持續(xù)為低至少2.5s，bq2060A偵測其為關閉狀態(tài)。當SMBC和SMBD線變高，bq2060A偵測其為開啟狀態(tài)，可以在1ms之內(nèi)開始通信。為了可靠的偵測關閉狀態(tài)，推薦1的電阻下拉SMBC和SMBD線。u HDQ16HDQ16接口協(xié)議是基于指令的協(xié)議。(見圖6)一個處理器發(fā)送指令碼給bq2060A。這個8位的指令碼由兩部分組成，7位HDQ16指令碼(位0-6)和1位讀/寫指令。讀/寫指令指示bq2060A存儲接下來的16位數(shù)據(jù)到一個指定的寄存器，或者從指定的寄存器輸出16位數(shù)據(jù)。在HDQ16里，數(shù)據(jù)字節(jié)(指令)或者字(數(shù)據(jù))的最不重要的位會先傳輸。一個塊的傳輸包括三個不同的部分。第一部分經(jīng)

21、由主機或者bq2060A把HDQ16引腳置邏輯低狀態(tài)一個時間后開始發(fā)送。接下來是部分是真正的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)位在時間間隔里是有效的，負邊界用來開始通信。數(shù)據(jù)位被保持一個時間間隔，以便允許主機或bq2060A采樣數(shù)據(jù)位。在負邊界用來開始通信后，最后一部分通過返回給HDQ16引腳一個邏輯高狀態(tài)，至少保持時間間隔來停止傳輸。最后一個邏輯高狀態(tài)必須保持一個時間間隔，以便有時間讓塊傳輸完全地停止。如果發(fā)生通信錯誤(e.g.，)，主機就發(fā)送給bq2060A一個BREAK信號，讓其控制串行接口。當HDQ16引腳在一個時間間隔或者更長時間里為邏輯低狀態(tài)，bq2060A就會偵測BREAK。然后HDQ16引腳回到其

22、正常預設高邏輯狀態(tài)一個時間間隔。然后bq2060A就準備從主機那里接收指令。HDQ16引腳是開漏的，需要一個外部的上拉電阻。u 指令碼SMBus的指令碼在()里，HDQ16的l里。Temperature(),Voltage(),Current()和AverageCurrent(),執(zhí)行說明可調(diào)整Vcc，工作溫度在0-70°C。² ManufacturerAccess() (0x00); 0x000x01ü 描述在電芯組正常工作和制造過程中，此指令提供控制bq2060A的可寫指令碼。如果在設備重啟后，在1s內(nèi)發(fā)送的這些指令可以被忽略。以下副指令可使用：ü

23、0x0618 允許低電壓存儲模式：激活低電壓存儲模式。5-8s延遲后，bq2060A進入存儲模式。在進入低電壓存儲模式的時間間隔里，bq2060A接受ManufacturerAccess()的指令。因為顯示模式仍然沒有被改變，所以在進入低電壓存儲模式時，LED必須被關閉。當其響應允許低電壓存儲指令后，bq2060A會在900ms內(nèi)清除ManufacturerAccess()指令。在SMBus響應允許低電壓存儲指令后，VFC校準指令會在900-5000ms內(nèi)送出。因為這樣，bq2060A延遲進入存儲模式直到校準過程完成，然后bq2060A把新的校準值存儲在EEPROM里。ü 0x062

24、b封緘：指示bq2060A對表3所列出的那些功能的限制訪問。bq2060A完成封緘功能，響應指令后在900ms內(nèi)清除ManufacturerAccess()。ü 0x064d 充電同步：指示bq2060A更新RM所占FCC的百分比，正如快速充電終端里定義的一樣。Bq2060A更新RM，在響應指令后清除ManufacturerAccess()。ü 0x0653 允許VFC校準：指示未封緘的bq2060A開始VFC校準。在這個指令下，bq2060A取消選擇SR1和SR2的輸入，只校正IC的誤差。這樣在校準過程中避免了充放電電流經(jīng)過感應電阻。ü 0x067e 輪換VFC

25、校準：指示未封緘的bq2060A開始VFC校準。在這個指令下，bq2060A不取消選擇SR1和SR2的輸入，同時對IC和PCB進行誤差校準。在這個過程中，沒有充放電電流。在VFC校準中，bq2060A不允許LED顯示，只接受VFC校準停止指令和對ManufacturerAccess()的封緘指令。bq2060A忽視所有其它指令。在VFC校準中，SMBus通信應該保持最小值以減少噪聲水平，并且允許更加精確的校準。一旦開始，VFC校準程序就自動完成。完成之后，bq2060A把校準值保存在EEPROM里。校準一般持續(xù)8-10分鐘。校準時間與bq2060A的VFC(和PCB)誤差成反比。當校準到0誤差，bq2060A就在一個小時里完成校準。因為在去除測試設置后校準能自動完成，所以VFC校準可以在電芯組測試程序的最后一步來完成。在響應指令后，bq2060A在900ms內(nèi)清除ManufacturerAccess()，并且在3.2s內(nèi)開始校準。ü 0x0660 停止VFC校準：指示bq2060A中VFC校準程序。如果被中止，bq2060A禁止誤差修正。在響應指令后，bq2060A在20ms內(nèi)停止校準。ü 0x0606 編程EEPROM：指示未封緘的bq2060A連接SMB