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X3100,X3101 3或4节锂离子电池保护和监控IC

时间:2019-4-17, 来源:互联网, 文章类别:元器件知识库

X3100是一款用于电池的保护和监控IC
由4节锂离子电池组成的电池组。该X3101设计用于3单元应用。两种设备提供内部过充电,过放电和过度充电电流保护电路,内部EEPROM存储器,a内部稳压器和内部驱动电路外部FET器件,控制电池充电,放电和电池电压平衡。
过充电,过放电和过流阈值驻留在内部EEPROM存储器寄存器中使用3MHz SPI串行通过软件独立选择接口。检测和超时延迟也可以单独进行使用外部电容器改变。
使用内部模拟多路复用器,X3100或X3101
允许电池参数,如电池电压和电流(使用感应电阻器)由外部监控带A / D转换器的独立微控制器。关于此的软件微控制器实现电量计和电池平衡
软件功能。
X3100和X3101包含一个电流检测放大器。
可选的增益10,25,80和160允许外部10位A / D转换器实现更好的分辨率昂贵的14位转换器。
内置4k位EEPROM存储器,采用IDLock™允许设计师分区并“锁定”书写电池
细胞/包装数据。
X3100和X3101均采用28 Ld TSSOP封装包。
特征
•软件可选保护级别和变量保护检测/发布时间
•集成FET驱动电路
•电池电压和电流监测
•0.5%精确电压调节器
•集成的4k位EEPROM
•灵活的电源管理,1μA睡眠模式
•细胞平衡控制
•无铅(符合RoHS标准)效益
•优化对所选单元的保护以实现最大化使用包装容量
•减少组件数量和成本
•简化燃气表的实施
•精确的电压和电流测量
•记录电池历史记录以优化电量计,轨道包故障和监控系统使用
•降低功率以延长电池寿命
•增加电池容量并延长电池寿命

功能图

为磁带和卷轴添加“-T1”或“T2”后缀。 有关卷筒规格的详细信息,请参阅TB347。注:Intersil无铅加退火产品采用特殊的无铅材料组; 模塑料/芯片粘接材料和100%哑光锡板端接表面处理,符合RoHS标准,兼容SnPb和无铅焊接操作。 Intersil无铅产品MSL分类为无铅峰值回流温度,达到或超过IPC / JEDEC J STD-020的无铅要求

引脚说明
数字引号名称简要说明
1 VCELL1电池1电压输入。 该引脚用于在内部监控该电池的电压。也可以在引脚AO外部监测单个电池的电压。
X3100可监控4个电池。 X3101监控3个电池。
2 CB1电池平衡FET控制输出1.此输出用于切换外部FET执行电池电压平衡控制。 该功能可用于调节单个电池电压(例如在电池充电期间)。 CB1可以驱动为高电平(Vcc)或低电平(Vss)以切换外部FET开关。
3 VCELL2电池2电压。 该引脚用于在内部监控该电池的电压。 单个电池的电压也可以在引脚AO外部监控。
X3100可监控4个电池。 X3101监控3个电池。

CB2电池平衡FET控制输出2.这些输出用于切换外部FET以执行电池电压平衡控制。该功能可用于调节各个电池电压(例如在电池充电期间)。 CB2可以被驱动高(Vcc)或低(Vss)可以打开/关闭外部FET。
VCELL3电池3电压。该引脚用于在内部监控每个电池的电压。该单个电池的电压也可以在引脚AO外部监测。X3100可监控4个电池。 X3101监控3个电池。
CB3电池平衡FET控制输出3.此输出用于切换外部FET执行电池电压平衡控制。该功能可用于调节单个电池电压(例如,在电池充电期间)。CB3可以驱动为高电平(Vcc)或低电平(Vss),以打开/关闭外部FET。
VCELL4 /VSS电池4电压(X3100)接地(X3101)。该引脚用于在内部监控该电池的电压。该单个电池的电压也可以在引脚AO外部监测。X3100可监控4个电池。 X3101监控3个电池。对于X3101器件,连接VCELL4 / VSS引脚到地面。
CB4电池平衡FET控制输出4.此输出用于切换外部FET执行电池电压平衡控制。此功能可用于调整单个电池电压(例如在电池充电期间)。 CB4可以驱动为高电平(Vcc)或低电平(Vss),以打开/关闭外部FET。
使用X3101时,CB4引脚可以保持未连接状态,或者FET控制可以用于其他目的。
VSS接地。
VCS1电流检测电压引脚1.检测电阻(R SENSE)连接在VCS1和VCS2之间(图1)。 R SENSE有一个电阻大约为20m至100m,用于监控流过电池端子的电流,并进行保护防止过流情况。 R SENSE每端的电压也可以在引脚AO处监控。
VCS2电流检测电压引脚2.检测电阻(R SENSE)连接在VCS1和VCS2之间(图1)。 R SENSE有一个电阻大约为20m至100m,用于监控流过电池端子的电流,并进行保护防止过流情况。 R SENSE每端的电压也可以在引脚AO处监控。
OVT过充电检测/释放时间输入。该引脚用于控制与检测相关的延迟时间(T OV)过充电条件(请参阅第14页的“过充电保护”一节)。
UVT过放电检测/释放时间输入。该引脚用于控制与检测相关的延迟时间(T UV)并释放(T UVR)过放电(欠压)状态(参见第16页的“过放电保护”一节)。
OCT过电流检测/释放时间输入。该引脚用于控制与检测相关的延迟时间(T OC)和释放(T OCR)过流情况(请参见第19页的“过流保护”一节)。
AO模拟多路复用器输出。模拟输出引脚用于外部监控各种电池参数电压。该可在AO监视的电压(参见第21页的“模拟多路复用器选择”部分)包括:
- 单个电池电压
- 电流检测电阻(R SENSE)两端的电压。该电压通过用户在控制寄存器中设置的增益进行放大SI串行数据输入。 SI是串行数据输入引脚。输入所有操作码,字节地址和要写入设备的数据
在这个针上。
SO串行数据输出。 SO是推/拉串行数据输出引脚。在读周期期间,数据在该引脚上移出。数据是时钟在串行时钟的下降沿输出。当CS为高电平时,SO将处于高阻态。
注意:SI和SO可以连接在一起形成一条线(SI / SO)。在这种情况下,所有串行数据与X3100或
X3101通过一条I / O线进行。仅在未发生同时读/写操作时才允许这样做。
SCK串行数据时钟输入。串行时钟控制数据输入和输出的串行总线时序。操作码,地址或SI引脚上的数据被锁存在上升沿
时钟输入,而SO引脚上的数据在下降后发生变化时钟输入的边沿。22 CS片选输入引脚。 当CS为高电平时,器件被取消选择,SO输出引脚处于高阻态。 CS LOW启用SPI串行总线

过充电电压保护输出/负载监控输出。这一个引脚根据具体情况执行两个功能目前的X3100或X3101的操作模式。
过充电压保护(OVP)该引脚控制电池组充电FET的开关。该功率FET是P沟道器件。因此,细胞电荷是OVP / LMON = V SS时可能,OVP / LMO = V CC时禁止电池充电。在这个配置中X3100和当电池达到过充电极限时,X3101关闭充电电压。这可以防止由于电池单元损坏电池单元长时间充电电压的应用(请参阅第14页的“过充电保护”一节)。
负载监视器(LMON)在过流保护模式下,从该引脚传出一个小测试电流(典型值为7.5μA),以检测负载电阻。该测量的负载电阻决定X3100或X3101是否从过流保护模式返回
UVP /OCP
过放电保护输出/过流保护输出。引脚UVP / OCP通过控制电池单元放电外部功率FET。当UVP / OCP = Vss时,该P沟道FET允许电池放电,并在此时防止电池放电UVP / OCP = Vcc连接。当X3100或X3101检测到以下情况时,X3100和X3101关闭外部电源FET:
过放电保护(UVP)在这种情况下,引脚24被称为“过放电(欠压)保护(UVP)”(参见“过放电”一节)“第16页的保护”。 UVP / OCP关闭FET以防止电池放电损坏电池电压过低。
过流保护(OCP)在这种情况下,引脚24称为“过流保护(OCP)”
UVP / OCP关闭FET以防止由于过度电流消耗而导致的电池组损坏(例如,在情况下)由于磁盘驱动器停止而产生的浪涌电流。
RGO电压调节器输出引脚。该引脚是连接到外部PNP晶体管集电极的输入。电压此引脚是稳压输出电压,但它也为稳压器和工作电压提供反馈电压对于设备。
RGC电压调节器控制引脚。该引脚连接到外部PNP晶体管的基极,并控制晶体管导通。
RGP电压调节器保护引脚。该引脚是连接到外部PNP晶体管的发射极的输入外部限流电阻并提供限流电压。
VCC电源。该引脚提供FET控制,稳压器操作和唤醒的电压

运作原则X3100和X3101提供两种不同的级别功能和电池保护:首先,在正常模式下,设备定期检查每个小区对于过充电和过放电状态,同时连续看着一个包过度的情况。保护模式违规是由于过度充电,过度放电或过流状态。选择这些状态的阈值由用户通过软件。当这些条件之一发生,放电FET或充电FET或两个FET关闭以保护电池组。在过度放电在这种情况下,X3100和X3101设备的功耗很低睡眠模式可以节省电池电量。在睡觉期间,电压调节器关闭,从电源断开微控制器进一步降低电池组电流其次,在监控模式下,带有A / D转换器的微控制器通过引脚AO和A测量电池单元电压和电池组电流X3100或X3101板载MUX。因此,用户可以实施保护,充电/放电,电池平衡或气体测量适合特定应用的软件算法所用细胞的特征。同时监控这些电压,所有保护电路连续开启。在典型应用中,微控制器也是编程的提供SMBus接口和智能电池系统接口协议。这些添加允许X3100或基于X3101的模块坚持最新的行业电池包装标准。典型应用电路X3100和X3101设计用于操作在典型应用程序中用作连接时正确电路,功率MOSFET的Q1和Q2称为“放电FET”和“充电FET”分别为“放电FET”。既然这些FET是p沟道器件,它们在栅极时会导通在V SS处,当门处于V CC时为OFF。作为他们的名称暗示,放电FET用于控制电池放电,而充电FET用于控制电池充电。二极管D 1允许电池单元即使接收电荷也是如此放电FET截止,而二极管D 2允许电池放电即使充电FET关闭也会放电。 D 1和D 2是功率FET的组成部分。应该注意细胞可以如果充电FET和FET都充电也不放电放电FET关闭。

X3100或X3101的电源通过二极管施加到引脚VCCD6和D7。这些二极管允许器件供电锂离子电池在正常工作条件下运行允许设备由外部电源供电(例如充电器)当电池正在充电时通过引脚P +。这些二极管应具有足够的电流和电压处理电池电池充电和电池充电的评级排出。电压调节器的操作在章节中描述第22页的“电压调节器”。此调节器提供a5VDC±0.5%输出。电容器(C1)由RGO连接接地对RGO输出提供一些噪声滤波。建议值为0.1μF或更小。选择的价值必须允许V RGO在170ms或更短时间内衰减到0.1VX3100或X3101进入睡眠模式。如果衰减较慢与此相比,电阻器(R1)可以与电容器并联放置电容。在初始开启期间(T PUR + T OC),V RGO有一个稳定,稳定的输出范围为5VDC±10%。选择微控制器应该采取这种方式考虑到。在这个开启期结束时,X3100和X3101“自我调谐”电压调节器的输出5V +/- 0.5%。因此,V RGO可以用作参考电压用于微控制器中的A / D转换器。重复供电 - 向上操作,始终重新应用相同的“调整”值V RGO。电池组温度传感器实现为一个简单的电阻分压器,利用一个热敏电阻(R T)和电阻(R T')。电压V T可以馈送到微控制器的A / D输入,用于测量和监控电池的温度。 R T'应该是考虑到动态电阻范围而选择R T以及微控制器A / D的输入电压范围输入。微控制器的输出可用于打开热敏电阻分压器允许定期开启传感器。这降低了功耗,因为电阻串不是总是拉电流。包含二极管D3以便于负载监控电流保护模式,同时防止电流流入引脚OVP / LMON在正常操作期间。 N沟道晶体管在睡眠模式期间关闭此功能。电阻器R PU连接在栅极和漏极之间充电FET(Q2)。放电FET Q1被关断X3100或X3101,因此引脚OVP / LMON的电压将为(最大)等于电池端子的电压,减去一个正向偏置二极管压降(V P + - V D7)。由于Q2的漏极连接到较高的电位(V P +)a应使用大约1M的上拉电阻(R PU)确保充电FET在完全关闭时OVP / LMON = V CC。V CELL1至V CELL4输入上的电容用于a电池单元的一阶低通滤波器配置X3100或X3100的电压监控输入(VCELL1 - VCELL4)X3101。该滤波器用于阻止任何不需要的干扰信号被无意中注入显示器投入。这些干扰信号可能来自:•电池组在电池触点处产生瞬变正在连接/断开充电器或主办。•来自某人/某人的静电放电(ESD)触摸电池触点。•主机设备中存在未过滤的噪音。•RF信号从电池组感应到电池组中周围环境。这种干扰可能导致X3100或X3101运行不可预知的方式,或在极端情况下,损害设备。作为指导,电容器应按顺序排列0.01μF和电阻,应在10k的量级电容器应为陶瓷类型。为了最小化干扰,PCB走线应做得短而宽尽可能降低阻抗。电池应该也可以放置在靠近X3100或X3101监视器输入的位置可能。电阻R CB和相关的n沟道MOSFET(Q 6 - Q 9)用于电池单元电压平衡。 X3100和X3101提供允许用户使用的内部驱动电路开关FET Q 6 - Q 9通过微控制器和SPI接通或断开端口“电池电压平衡控制,当任何这些FET接通时,a由电阻器R CB限制的电流流过特定的电流电池。这样做,用户可以控制跨越的电压每个单独的电池。这在使用锂离子电池时很重要电池电池由于电池电压不平衡可以及时大大降低了电池组的可用容量。细胞电压平衡可以以各种方式实现,但是通常在电池充电结束时进行,R CB的值将根据不同而不同具体应用

内存可以用来存储用于实现诸如气体之类功能的电池特性测量,电池组历史,充电/放电循环,和最小/最大条件。 电池组制造数据和序列号信息也可以存储在EEPROM阵列。 SPI串行总线提供通信链接到EEPROM。电流检测电阻(R SENSE)用于测量和监控流入/流出电池端子的电流,用于保护电池组免受过电流的影响。 R SENSE是也用于通过微控制器从外部监控电流。通用I / O可能需要FET Q4和Q5连接到封装外部的微控制器。 在有些情况下,没有FET,外部的上拉电阻

强制微控制器的V CC引脚上的电压在睡眠状态下。这个电压会影响适当调整X3100 / X3101稳压器的电压。这些FET应由微控制器打开。 上电顺序电池组中锂离子电池的初始连接不会通常给电池组加电。相反,X3100或X3101进入并保持休眠模式。退出在初始上电序列之后或之后的休眠模式任何其他睡眠模式,最低16V(X3100 V SLR)或12V(X3101 V SLR)应用于VCC引脚,如同电池充电状态下的情况。 当V SLR应用于VCC时,模拟选择引脚(AS2 - AS0)和SPI通信引脚(CS,CLK,SI,SO)必须低,所以X3100和X3101正确上电正常运行模式。这可以通过使用开机来完成复位电路。从初始进入正常操作模式时上电或跟随休眠模式,控制中的所有位寄存器为零。当UVPC和OVPC位为零时,充电和放电FET关闭。微控制器必须打开它们以激活包装。微控制器会通常在开启之前检查电压和电流水平FET通过SPI端口。该软件应该防止转向在整个初始测量/校准期间在FET上期。此期间的持续时间为T OV + 200ms或T UV +200ms,以较长者为准。

细胞数量选择X3100采用四(4)节锂离子电池供电细胞。 X3101设计用于三(3)个锂离子电池电池。 配置寄存器的CELLN位设定识别的细胞数。 对于X3101,CELLN的值应始终为零。表9.电池单元数量的选择1配置寄存器由16位组成NOVRAM存储器。 这个记忆特征将高速静态RAM(SRAM)覆盖为bit-for-位与非易失性“阴影”EEPROM。 一个自动的数组调用操作重新加载的内容影子EEPROM进入SRAM配置寄存器上电时。

配置寄存器的上电配置寄存器设计用于无限写入对SRAM的操作,以及至少1,000,000个商店对EEPROM的操作。指定了数据保留大于100年。应该注意的是影子EEPROM的位用于配置寄存器的专用,并且不是通用4kbit EEPROM的一部分阵列。WCFIG命令写入配置寄存器ter,参见表30和“X3100 / X3101 SPI Serial”部分“通讯”第23页。在使用WCFIG指令写入该寄存器后,数据将仅存储在配置的SRAM中寄存器。为了将数据存储在影子EEPROM中,aWREN指令,然后是EEWRITE4kbit EEPROM存储器阵列的地址必须发生,该序列启动内部非易失性写周期,允许存储数据影子EEPROM单元。必须注意的是,甚至虽然EEWRITE是为了通用目的而制定的4kbit EEPROM阵列,它的值和地址写的,是不重要的。如果这个程序不是低电平,配置寄存器将上电至最后一个断电后先前存储的值序列。

状态寄存器的位1仅指示是否不是X3100或X3101处于过放电保护状态模式。状态寄存器的位2(CCES + OVDS)表示X3100或X3101的两个条件的状态。细胞充电启用状态(CCES)是内部生成的表示任何电池电压状态的信号(V CELL)关于电池充电使能电压(V CE)。过充电压检测状态(OVDS)是内部生成的信号,表示是否或不是X3100或X3101处于过充电保护状态模式。当电池充电使能功能打开时(配置位SWCEN = 0),信号CCES和OVDS逻辑“或”(CCES + OVDS)并写入状态寄存器的第2位。如果电池充电启用功能将关闭(配置位SWCEN = 1),然后状态寄存器的第2位有效仅代表信息 - 关于过充电状态(OVDS)的问题X3100或X3101


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