DS2786K入門

摘要：DS2786K是專門設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)化獨(dú)立式、基于開路電壓(OCV)的電量計(jì)DS2786的評(píng)估。DS2786K數(shù)據(jù)資料中提供了硬件連接以及在PC上安裝軟件的相關(guān)說(shuō)明。本應(yīng)用筆記給出了DS2786K中術(shù)語(yǔ)的詳細(xì)說(shuō)明，并給出了使用DS2786獨(dú)立式基于OCV電量計(jì)的入門步驟。

DS2786簡(jiǎn)介

DS2786獨(dú)立式、基于OCV的電量計(jì)可根據(jù)空閑狀態(tài)下電池的開路電壓估算可充電Li+電池的剩余容量。器件根據(jù)存儲(chǔ)在IC中的查找表，通過(guò)測(cè)量開路電壓確定電池的相對(duì)容量。這一功能可以在電池組接入后迅速獲得精確的電池組容量信息。計(jì)算相對(duì)容量所需的電池組特性和應(yīng)用參數(shù)都保存在片上EEPROM中。

設(shè)置電量計(jì)參數(shù)

根據(jù)DS2786K的數(shù)據(jù)資料，安裝完DS2786K軟件并與DS2786建立通信后，要做的第一步工作就是將應(yīng)用參數(shù)數(shù)據(jù)裝載入DS2786中。

DS2786在出廠前已經(jīng)預(yù)先裝載了一組“理想” OCV/剩余電量曲線以及標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)參數(shù)。該“理想”曲線是根據(jù)不同廠家不同容量的電池組特性產(chǎn)生的。該曲線給除了非常理想的開路電壓特性，可以滿足大多數(shù)的應(yīng)用。本應(yīng)用筆記假設(shè)典型應(yīng)用采用默認(rèn)的參數(shù)。

地址60h–7Fh存儲(chǔ)所需的數(shù)據(jù)，包括鋰電池的OCV曲線、電池容量、開路電壓檢測(cè)門限、以及配置和電流偏移寄存器。這些數(shù)據(jù)可以在DS2786K軟件中PARAMETERS 標(biāo)簽中輸入(圖1)；DS2786K自動(dòng)將輸入的數(shù)值轉(zhuǎn)換為實(shí)際存儲(chǔ)的相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式。圖1中箭頭所指的內(nèi)容將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行說(shuō)明。

圖1. DS2786K的PARAMETERS標(biāo)簽示意圖。箭頭所指示的各個(gè)參數(shù)將在本應(yīng)用筆記中進(jìn)行說(shuō)明。

電池組數(shù)據(jù)
DS2786出廠前已經(jīng)預(yù)裝了“理想”曲線，適用于典型的Li+電池(圖2)。該曲線是8段線形近似擇線，反映了相對(duì)剩余電量與電池開路電壓的關(guān)系。PARAMETERS標(biāo)簽中的Cell Data給出了多個(gè)斷點(diǎn)，成對(duì)的給出電池剩余容量(Capacity)以及OCV (Voltage)之間的關(guān)系。所存儲(chǔ)的Capacity值的步長(zhǎng)為0.5%，Voltage值步長(zhǎng)為1.22mV。電量欄中第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)值分別固定為0%和100%。

如果用戶需要利用電池OCV的檢測(cè)功能，則只需在文本框里簡(jiǎn)單的寫入新的Capacity和Voltage的斷點(diǎn)數(shù)據(jù)，并按照“訪問DS2786”一節(jié)的說(shuō)明將這些新數(shù)據(jù)寫入DS2786。

如果電池特性未知，Dallas Semiconductor可以提供免費(fèi)服務(wù)幫助提取所用電池的特征參數(shù)。通常情況下，該“理想”曲線對(duì)于絕大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠精確了。

圖2. 典型Li+電池“理想”曲線示意圖。DS2786出廠時(shí)預(yù)先裝載了“理想”曲線，適用于不同廠商不同容量的電池，可提供精確的OCV特性，適用于絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。除了提供預(yù)置的“理想”曲線，Dallas Semiconductor還可提供免費(fèi)服務(wù)以幫助提取實(shí)際應(yīng)用中所用的電池的特性參數(shù)。
配置寄存器
4位配置寄存器(SMOD, DNL, VODIS, ITEMP)的默認(rèn)值存儲(chǔ)在地址0x7Ch的高位4位。復(fù)選框選中時(shí)相應(yīng)的位設(shè)置為1，反之則為0。可參考DS2786數(shù)據(jù)資料給出了各個(gè)位的說(shuō)明。
電流失調(diào)偏移寄存器
電流失調(diào)偏移寄存器可以用來(lái)校準(zhǔn)靜態(tài)失調(diào)誤差，包括估算沒有流過(guò)檢測(cè)電阻的電池電流，或估算電池的自放電。用戶可以輸入正的或負(fù)的偏移值，此偏移值可用于電流的積分過(guò)程，單位為mA。該值將會(huì)影響電流寄存器，并在兩次OCV測(cè)量期間進(jìn)行累積。電流失調(diào)偏置寄存器的LSB為25μV/檢測(cè)電阻阻值。用戶設(shè)置時(shí)需要以mA為單位輸入。

左擊METERS標(biāo)簽中的Update Offset按鈕，使用評(píng)估板軟件校準(zhǔn)電流失調(diào)偏移寄存器。關(guān)于該校準(zhǔn)方法的詳細(xì)信息，請(qǐng)參考DS2786K數(shù)據(jù)資料。
電池初始容量
電池初始容量可用于估算自上次OCV測(cè)量后，電流累加所引起的相對(duì)容量的變化。例如，如果電池初始容量為1000mAh，從上次OCV測(cè)量開始算起，電流累積量為100mAh，那么相對(duì)容量的變化為10%。但是，如果電池初始容量為2000mAh，那么同樣的100mAh的電流累積量所帶來(lái)的相對(duì)容量的變化則為5%。

器件中存儲(chǔ)的電池初始容量的單位為78.125%/VH。用戶需要使用DS2786K輸入電池初始容量值，單位為mAh。

器件將一直采用電池初始容量的值，直到器件對(duì)電池容量進(jìn)行重新學(xué)習(xí)。重新學(xué)習(xí)電池的容量后，器件便采用該值估算累積電流對(duì)于相對(duì)容量的影響。
屏蔽/OCV門限
該寄存器有兩個(gè)作用：設(shè)置電流屏蔽和OCV檢測(cè)門限。低于屏蔽/OCV門限的電流讀數(shù)不會(huì)被累積，且也不會(huì)影響剩余電量。此外，當(dāng)器件檢測(cè)電流讀數(shù)低于屏蔽/OCV門限時(shí)，DS2786將開始檢測(cè)OCV狀態(tài)。如果電流值在門限之上，器件將不會(huì)檢測(cè)OCV狀態(tài)。

應(yīng)正確選取門限值以保證當(dāng)電路處于待機(jī)模式下能夠檢測(cè)到OCV狀態(tài)。例如，實(shí)際應(yīng)用中待機(jī)模式下將消耗5mA的電流，那么屏蔽/OCV門限應(yīng)該設(shè)置在7.5mA，以保證在待機(jī)模式能夠檢測(cè)到OCV狀態(tài)。

屏蔽/OCV門限寄存器的存儲(chǔ)單位是25μV/檢測(cè)電阻。用戶輸入值的單位為mA。
OCV dV/dt門限
地址0x7Ch的低4位用于設(shè)置OCV dV/dt門限。該值用于確定是否有OCV事件發(fā)生。要保證能檢測(cè)到OCV事件發(fā)生，電流必須小于屏蔽/OCV門限，并且在15分鐘時(shí)間內(nèi)電壓的變化率小于OCV dV/dt門限。

OCV dV/dt門限設(shè)置的范圍1.22mV到18.30mV，LSB為1.22mV。
I2C地址
器件的I2C地址可以在0x60h到0x6Eh之間的偶地址變化。存儲(chǔ)器地址0x7Dh的高4位用于設(shè)定I2C地址。

表1給出I2C的地址格式，高三位固定為‘011’。地址0x7Dh的第7–4位即為I2C地址的第4–1位。位0是I2C地址的讀/寫位。寄存器值為0x00h表示I2C地址為0x60h而0xF0h表示的I2C的地址為0x6Eh。

表1. I2C地址格式

Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0

0 1 1 Bit 7 of 0x7Dh Bit 6 of 0x7Dh Bit 5 of 0x7Dh Bit 4 of 0x7Dh R/W bit

在I2C地址(I2C Address)文本框中輸入所希望的地址，軟件會(huì)將其轉(zhuǎn)換為正確的格式。

當(dāng)I2C地址改變時(shí)，與評(píng)估板軟件的通信將立即斷開。隨后，軟件將重新定位新地址，無(wú)需任何用戶干預(yù)。
學(xué)習(xí)門限
用戶可以通過(guò)設(shè)置學(xué)習(xí)門限設(shè)定DS2786何時(shí)學(xué)習(xí)電池電量。每次發(fā)生OCV測(cè)量時(shí)，相對(duì)容量寄存器(計(jì)量表中)都會(huì)根據(jù)容量/電壓斷點(diǎn)進(jìn)行更新。新的相對(duì)容量值與上次的OCV測(cè)量時(shí)所計(jì)算的相對(duì)容量進(jìn)行比較。上次OCV相對(duì)容量存儲(chǔ)在地址為0x18h存儲(chǔ)器中。如果從上次OCV相對(duì)容量測(cè)量時(shí)相對(duì)容量的變化超過(guò)學(xué)習(xí)門限時(shí)，DS2786將會(huì)根據(jù)兩次OCV測(cè)量之間電流的累積量重新學(xué)習(xí)電池的容量。
用戶EEPROM
此單字節(jié)EEPROM可以由用戶作任何用途使用。

訪問DS2786

當(dāng)用戶完成對(duì)數(shù)據(jù)1—9的修改后，應(yīng)該將相應(yīng)的數(shù)據(jù)保存到DS2786中。通過(guò)Write & Copy按鈕將輸入到文本框中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成存儲(chǔ)在DS2786中的相應(yīng)的數(shù)據(jù)形式。隨后將這些數(shù)值寫到映射RAM中，并拷貝到EEPROM中。將數(shù)據(jù)寫入EEPROM時(shí)，應(yīng)將DS2786K評(píng)估板上的VPROG引腳連接到15V電源。DS2786K軟件會(huì)適時(shí)提醒用戶接入和拔掉編程電源。

左擊Recall & Read按鈕，可以確認(rèn)輸入的值是否正確，左擊后器件將從EEPROM中讀取寫入的值，并按照上文描述的相應(yīng)形式將相關(guān)的應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。

器件中存儲(chǔ)的數(shù)值可以在MEMORY標(biāo)簽中以16進(jìn)制顯示。

保存和加載設(shè)置參數(shù)

在PARAMETERS標(biāo)簽的底部有三個(gè)按鈕，這些按鈕可以用于保存或裝載設(shè)置參數(shù)。Load Default Set Up按鈕將默認(rèn)數(shù)據(jù)裝載到標(biāo)簽中的顯示框。可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯以適應(yīng)特定應(yīng)用，或可以保留以實(shí)現(xiàn)快速評(píng)估。Load Default Set Up按鈕僅改變屏幕上的顯示值。要修改DS2786存儲(chǔ)器中的值，應(yīng)左擊Write & Copy按鈕，并保證DS2786K評(píng)估板的VPROG端口接有15V的編程電源。

用戶修改設(shè)置值以后，可以采用Save Set Up按鈕將這些值保存在一個(gè)文件中。之后，可以點(diǎn)擊Load Set Up按鈕，并選擇所需要的文件，將相應(yīng)的值加載到文本框中。同樣，要修改DS2786存儲(chǔ)器中的值，仍然需要左擊Write & Copy按鈕。

估算剩余電量

將參數(shù)正確設(shè)置并寫入DS2786的EEPROM后，用戶便可采用DS2786測(cè)量開路電壓并自動(dòng)估算剩余電量。一旦器件與電池相連，DS2786便開始測(cè)量電池的開路電壓。當(dāng)電流小于屏蔽/OCV門限且電壓斜率處低于OCV dV/dt門限超過(guò)15分鐘，DS2786將再次啟動(dòng)OCV測(cè)量。

啟動(dòng)軟件并獲取容量信息

DS2786對(duì)流入或流出電池的電流進(jìn)行測(cè)量和累積，并相應(yīng)的更新相對(duì)容量。器件根據(jù)電流累積的量，采用電池初始容量確定相對(duì)容量的變化。器件工作過(guò)程中，如果兩次OCV測(cè)量期間，相對(duì)容量的變化超過(guò)學(xué)習(xí)門限，器件將重新學(xué)習(xí)電池的真實(shí)容量。

例如，當(dāng)發(fā)生OCV事件且DS2786確定相對(duì)容量為20%。隨后，在下次OCV測(cè)量中，電池容量變化至80%。假設(shè)學(xué)習(xí)門限被設(shè)置為50%，此時(shí)相對(duì)容量的變化量(60%)已經(jīng)超過(guò)學(xué)習(xí)門限(50%)，DS2786將重新學(xué)習(xí)電池容量。 DS2786在兩次OCV測(cè)量之間對(duì)電流進(jìn)行累積，并采用該累積電流估算電池的滿充容量。

這種情況下，假設(shè)DS2786在兩次OCV測(cè)量之間累積了1000mAh。因此，1000mAh是總電池容量的60%，而100%的總電池容量則為1667mAh。DS2786隨后采用學(xué)習(xí)到的電池容量估算兩次OCV事件中相對(duì)容量的變化。

如圖3所示，軟件將不斷的以DS2786中的數(shù)據(jù)更新METERS標(biāo)簽中的剩余電量。只需開始對(duì)電池進(jìn)行充電和放電，DS2786將為您完成其它工作，同時(shí)DS2786K將顯示相關(guān)信息。