【电源电路及线路方案】符合通讯协议(SBS)智能型电芯计量集成电路

bq2060A符合通讯协议(SBS)智能型电芯计量集成电路功能提供镍镉、镍氢、锂离子和铅酸可充电电芯准确电量测量符合通讯协议(SBS)智能型电芯数据规格v1.1支持具PEC接口之双线SMBusv1.1或一线的HDQ16提供各个电芯电压报告在充放电时监控并提供控制锂离子保护电路的MOSFET对电压、温度及电流的测量提供15位的分辨率用误差校准少于16uV的VF转换器来测量充电电流操作功耗小于0.5mW可驱动4或5个区段LED来显示剩余容量28-pin、150-mil的SSOP封装一般说明符合SBS通讯协议的bq2060A计量集成电路，可对安装于系统内可重复充电的电芯或电芯组，提供精确的剩余电量记录。bq2060A不但可以监控镍镉、镍氢、锂离子及铅酸电池的容量，同时也监控其它关键电芯参数。bq2060A是使用一个具有自动偏移误差修正的VF(V-to-F)转换器来计算的。bq2060A使用一个模拟对数字转换器(A-to-D)来读取电压、温度及电流值。扳子上的模拟对数字转换器也会监控着锂离子电芯组中电芯的个别电压，而且bq2060A也可产生控制信号，可用来配合电池包保护电路并联控制，来加强电芯组的安全性。bq2060A支持智能型电芯数据(SBData)指令和充电控制指令功能。使用双线的系统管理总线(SMBus)或Benchmarq单线的HDQ16协议来沟通数据。这些有效数据包括电芯的剩余容量、温度、电压、电流及预估可使用剩余时间等。bq2060A提供LED驱动和一个按键输入，可以选择使用4或5个LED显示器，以20％或25％的增加量来显示电芯组从满到空的剩余容量。bq2060A需配合外接的EEPROM一起工作。此EEPROM储存着bq2060A的结构信息，如电芯的化学特性、自我放电率、补偿因素、量测校正、设计的电压和容量。bq2060A可程序化的自我放电率和其它储存在EEPROM内的补偿因素，配合时间、电流量及温度，精确的调整使用中或待命状态的剩余容量。bq2060A也会自动依EEPROM设定来修正电芯容量，或经由从接近满电量到接近空电量的一个放电周期来修正真正的电芯容量。

REG脚位的输出是用来调节外部JFET的控制电压，使bq2060A可在正确的电压下工作。引脚名称HDQ16ESCLESDARBIREGVOUTVCCVSSDISPLED1-LED5串行通信输入/输出引脚EEPROM时序EEPROM数据和地址寄存器备份输入调整输出EEPROM电源供应输出供电电压接地LED显示控制输入LED显示段输出DFCCFCCVONTHONTS放电FET控制输出充电FET控制输出单个电芯分压控制热敏电阻偏移控制热敏电阻电压输入

SRCSR1-SR2VCELL1-VCELL4SMBDSMBC电流感应电阻电压输入充电电流感应电阻电压输入单个电芯电压输入SMBus数据SMBus时钟

引脚描述HDQ16串行通信输入/输出引脚ESCLESDARBIREGVOUTVCCVSSDISPLED1-LED5开漏的双向通信接口EEPROM时序bq2060A与外部非易失性EEPROM数据传输时钟输出EEPROM数据和地址bq2060A与外部非易失性EEPROM传输与发送地址与数据的双向引脚寄存器备份输入为bq2060A的寄存器在低操作电压下提供备份的输入引脚。RBI可接一个电容或电芯的输入。调整输出输出控制一个N沟道JFET，用来调整它的控制电压，使bq2060A可以在正确的电压下工作。EEPROM电源供应输出外部非易失性EEPROM的电源供应供电电压接地LED显示控制输入控制LED驱动LED1-LED5输出LED显示段输出每个输出能驱动一个外部LEDDFC放电FET控制输出锂离子电池包保护电路放电FET控制输出CFC充电FET控制输出锂离子电池包保护电路充电FET控制输出CVON单个电芯分压控制在单个电芯电压监控时，控制外部FET输出导通外部电压分压器THON热敏电阻偏移控制在温度监控时，控制外部FET输出连接热敏电阻TS热敏电阻电压输入监控温度时了解热敏电阻输入SRC电流感应电阻器电压输入监控瞬时电流输入SR1-SR2充电电流感应电阻器电压输入连接小值电流检测电阻监控电芯充放电电流输入VCELL1-VCELL4单个电芯电压输入各个电芯串联电压监控输入SMBDSMBus数据开漏双向引脚用来向和从bq2060A传输和接收地址和数据SMBCSMBus时钟开漏双向引脚为bq2060A传输和发送地址和数据提供时

钟

功能描述一般操作bq2060A通过监控充电输入量或者可充电电芯使用量来计算剩余容量。除了监控充放电，bq2060A也监控电芯电压、温度、电流、电芯自我放电率，还监控电芯低电压门限。bq2060A通过监控串联在电芯负极和电芯组负极之间的小值电流检测电阻的电压，来检测充放电活动。有效的电芯充电是通过监控这个电压和校正对环境和操作条件的测量来决定的。图1提供一种bq2060A的典型应用线路。这个线路图包括LED显示器，电压和温度测量网络，EEPROM连接，一个串行口和电流检测电阻。EEPROM存储着电芯组基本的结构信息测量修正值。EEPROM必须要合适地编程来为bq2060A操作。表9提供了EEPROM的内存映射，并且概要的描述了在bq2060A里有效的可编程功能。bq2060A需要一个负温度系数(NTC)的热敏电阻(Semitec103AT)来进行温度测量。bq2060A利用热敏电阻的温度来监控电池包的温度，检测一个电芯的满充电情况，调整自放电和电芯充放电的效率。测量运作bq2060A利用完全微分，动态平衡电源频率转换器(VFC)来进行充电监控，用模拟数字转换器(ADC)来进行电芯电压、电流和温度监控。依据bq2060A的操作模式，电压、电流和温度监控每2-2.5s进行一次。最大时间发生在EDV，mWh模式和最大允许放电率。任何的AtRate估计请求或者预定(每20s)会增加0.5s的时间间隔。充电和放电计数VFC通过监控一个接着SR1和SR2引脚之间(见图1)的小值电流检测电阻来测量电芯的充放电电流。VFC测量双向信号可达250mV。当VSRVSR2VSR1为正时bq2060A侦测为充电活动，当VSRVSR2VSR1为负时为放电活动。bq2060A对此信号用内部计数器连续对时间积分。计数器的基本速率为6.25uVh。误差修正bq2060A提供一种自动修正特点来消除SR1和SR2在最大充电测量时的电压精度误差。修正程序通过发送一个指令到ManufacturerAccess()来启动的。bq2060A的自动误差修正可以低到6.25uV。误差消除小于1uV。数字滤波器低于数字滤波器门坎，bq2060A不会判断充电或放电。数字滤波器门坎放在EEPROM内，此值应该被设定到足够高，以避免当没有充放电流通过感应电阻器时的错误讯号侦测。

电压当监测SR1和SR2充放电电流时，bq2060A同时也通VCELL1-VCELL2引脚监测电池包的剩余容量和个别串联电芯电压。bq2060A监测电池包的电压，并将其值写入Voltage()。bq2060A也可以测量电池包里4节串联电芯的电压。个别电芯电压被存储在可选择的ManufacturerFunction里面。VCELL1-VCELL2引脚被精密电阻分压降压后接到个别电芯上，如图1所示。VCELL1-VCELL2相对Vss的最大输入电压为1.25V。电阻分压器必须被设置，这样在所有的操作条件下电压输入将不会超过1.25V的限制。同样，VCELL1-VCELL2的分压比必须是VCELL3-VCELL4的一半。为了减少电芯的电流消耗，CVON只在测量的时候接通各个电芯的分压器。当电芯被测量的时候，CVON保持250ms的高阻，否则就被置低。bq2060A的SRC引脚用来测量电芯的充放电电流。来自串联感应电阻的信号经过SRC的ADC转换后被存在Current()里。由表2所示，SRC的满量程输入范围为250mV。

图1.电池包应用图――LED显示和串联电芯监测表1-VCELL2的分压和输入范围举例

表输入范围温度如图1所示，当进行电芯温度测量的时候，bq2060A的TS输入要和一个负温度系数(NTC)的热敏电阻相连。bq2060A在Temperature()里报告温度。当bq2060A采样TS输入时，THON将被用来导通到热敏电阻的基本供电电压输入。在测量温度时，THON将保持60ms的高阻，其它情况下将被置低。通信bq2060A包括两种通信接口：系统管理总线(SMBus)和HDQ16。SMBus接口是双线双向协议，使SMBC（时钟）和SMBD（数据）引脚。HDQ16接口为一线双向协议，使用HDQ16引脚。所有的三条通信线是独立于Vcc的，可以被上拉高于Vcc。同样，如果Vcc到这部分为0，那么bq2060A将不会把这些线拉低。HDQ16如果不用，必须用100K的电阻下拉。这些通信口允许一个主机、一个与SMBus兼容的设备或其它的处理器来访问bq2060A的内存寄存器。用这种方法，一个系统可以有效地监控和管理电芯。SMBusSMBus接口是基于指令的协议。一个处理器扮演总线管理员，通过产生一个START信号来开始向bq2060A的通信。一个START信号由一个SMBD线由高到低的变化组成，此时SMBC为高。然后，处理器发送bq2060A设备地址0001011(位7-1)加一位读/写位(位0)，后面跟着一个SMBus指令码。读/写位和指令码指示bq2060A要么把发送来的数据存入SMBus指令码指定的寄存器中，

要么从指定寄存器输出数据。处理器由STOP 信号完成访问。STOP 信号由一个SMBD 线由低到高的变化，此时SMBC 为高。在SMBus 中，数据字节中最重要的位将被第一个传送。在一些实例中，bq2060A 作为总线管理员。这个发生在当bq2060A 广播充电需要和报警条件的设备地址0x12(智能电池充电器)和0x10(智能电池主控制器)。SMBus协议bq2060A支持以下SMBus协议：读取字符协议写入字符协议读取区块协议作为总线主机的处理器利用这三条协议来和bq2060A来通信。而作为总线主机的bq2060A用写入字符协议。SMBD和SMBC引脚是开漏的，需要外部上拉电阻。SMBus协议包出错校验bq2060A支持协议包出错校验机制来确认它本身和另一个SMBus设备的准确通信。协议包出错校验需要发送者和接收者为每次通信消息计算一个协议包出错码(PEC)。设备提供的最后一个通信消息的字节里跟随一个这个消息的PEC。接收者比较发送的和它自己的PEC来检测是否出现通信出错。PEC协议bq2060A可以接收或发送带有或者不带有PEC的数据。图4所示为读取字符、写入字符和读取区块消息的通信协议无PEC。图5为有PEC。图4.无PEC的SMBus通信协议

图5.有PEC的SMBus通信协议在写入字符协议中，从主机发送来的最后位数据之后，bq2060A就会等待接收PEC。如果主机不支持PEC，最后的字符数据会跟随着一个STOP信号。在收到PEC之后，bq2060A会比较这个值跟自己计算的值。如果PEC是正确的，bq2060A会响应一个ACKNOWLEDGE。如果不正确，bq2060A会响应一个NOTACKNOWLEDGE，并且设定一个错误码。在读取字符协议和读取区块协议中，在bq2060A发送的数据的最后位，主机会产生一个ACKNOWLEDGE。bq2060A就发送PEC，而作为接收的主机会产生一个NOTACKNOWLEDGE和一个STOP信号。PEC计算PEC计算的基本原理是一个基于多项式C(X)X8X2X11的8位循环冗余核对器。PEC计算包括传输中的所有字节，地址、指令和数据。PEC计算不包括ACKNOWLEDGE、NOTACKNOWLEDGE、START、STOP和RepeatedSTART位。例如，主机向bq2060A请求RemainingCapacity()。这个包括在读取字符协议下的主机。bq2060A根据以下5个字节的数据来计算PEC，假设电芯的剩余容量为1001mAh。电芯读/写地址＝0：0x16RemainingCapacity()的指令码：0x0f电芯读/写地址＝0：0x17RemainingCapacity()：0x03e9对于0x160f17e903，bq2060A传输一个0xe8的PEC给主机。在控制模式中的PEC允许PEC可以广播给充电器、主机或者两者都可以通过控制模式中的HPE和CPE

位来设置允许和不允许。SMBus开启和关闭状态bq2060A通过监控SMBC和SMBD线来侦测SMBus是否进入关闭状态。当两个信号持续为低至少2.5s，bq2060A侦测其为关闭状态。当SMBC和SMBD线变高，bq2060A侦测其为开启状态，可以在1ms之内开始通信。为了可靠的侦测关闭状态，推荐1M的电阻下拉SMBC和SMBD线。HDQ16HDQ16接口协议是基于指令的协议。(见图6)一个处理器发送指令码给bq2060A。这个8位的指令码由两部分组成，7位HDQ16指令码(位0-6)和1位读/写指令。读/写指令指示bq2060A存储接下来的16位数据到一个指定的寄存器，或者从指定的寄存器输出16位数据。在HDQ16里，数据字节(指令)或者字(数据)的最不重要的位会先传输。一个块的传输包括三个不同的部分。第一部分经由主机或者bq2060A把HDQ16引脚置逻辑低状态一个tSTRH:B时间后开始发送。接下来是部分是真正的数据传输，数据位在tDSU:B时间间隔里是有效的，负边界用来开始通信。数据位被保持一个tDH:DV时间间隔，以便允许主机或bq2060A采样数据位。在负边界用来开始通信后，最后一部分通过返回给HDQ16引脚一个逻辑高状态，至少保持tSSU:B时间间隔来停止传输。最后一个逻辑高状态必须保持一个tCYCH:B时间间隔，以便有时间让块传输完全地停止。tCYCB250s)，如果发生通信错误(e.g.，主机就发送给bq2060A一个BREAK信号，让其控制串行接口。当HDQ16引脚在一个时间间隔tB或者更长时间里为逻辑低状态，bq2060A就会侦测BREAK。然后HDQ16引脚回到其正常预设高逻辑状态一个tBR时间间隔。然后bq2060A就准备从主机那里接收指令。HDQ16引脚是开漏的，需要一个外部的上拉电阻。指令码SMBus的指令码在()里，HDQ16的[]l里。Temperature(),Voltage(),Current()和AverageCurrent(),执行说明可调整Vcc，工作温度在0-70°C。ManufacturerAccess()(0x00);[0x00–0x01]描述在电芯组正常工作和制造过程中，此指令提供控制bq2060A的可写指令码。

如果在设备重启后，在1s 内发送的这些指令可以被忽略。以下副指令可使用：0x0618允许低电压存储模式：激活低电压存储模式。5-8s延迟后，bq2060A进入存储模式。在进入低电压存储模式的时间间隔里，bq2060A接受ManufacturerAccess()的指令。因为显示模式仍然没有被改变，所以在进入低电压存储模式时，LED必须被关闭。当其响应允许低电压存储指令后，bq2060A会在900ms内清除ManufacturerAccess()指令。在SMBus响应允许低电压存储指令后，VFC校准指令会在900-5000ms内送出。因为这样，bq2060A延迟进入存储模式直到校准过程完成，然后bq2060A把新的校准值存储在EEPROM里。0x062b封缄：指示bq2060A对表3所列出的那些功能的限制访问。bq2060A完成封缄功能，响应指令后在900ms内清除ManufacturerAccess()。0x064d充电同步：指示bq2060A更新RM所占FCC的百分比，正如快速充电终端里定义的一样。Bq2060A更新RM，在响应指令后清除ManufacturerAccess()。0x0653允许VFC校准：指示未封缄的bq2060A开始VFC校准。在这个指令下，bq2060A取消选择SR1和SR2的输入，只校正IC的误差。这样在校准过程中避免了充放电电流经过感应电阻。0x067e轮换VFC校准：指示未封缄的bq2060A开始VFC校准。在这个指令下，bq2060A不取消选择SR1和SR2的输入，同时对IC和PCB进行误差校准。在这个过程中，没有充放电电流。在VFC校准中，bq2060A不允许LED显示，只接受VFC校准停止指令和对ManufacturerAccess()的封缄指令。bq2060A忽视所有其它指令。在VFC校准中，SMBus通信应该保持最小值以减少噪声水平，并且允许更加精确的校准。一旦开始，VFC校准程序就自动完成。完成之后，bq2060A把校准值保存在EEPROM里。校准一般持续8-10分钟。校准时间与bq2060A的VFC(和PCB)误差成反比。当校准到0误差，bq2060A就在一个小时里完成校准。因为在去除测试设置后校准能自动完成，所以VFC校准可以在电芯组测试程序的最后一步来完成。在响应指令后，bq2060A在900ms内清除ManufacturerAccess()，并且在3.2s内开始校准。0x0660停止VFC校准：指示bq2060A中VFC校准程序。如果被中止，bq2060A禁止误差修正。在响应指令后，bq2060A在20ms内停止校准。0x0606编程EEPROM：指示未封缄的bq2060A连接SMBus和EEPROM的I2C总线。在响应指令后，bq2060A在900ms内给EEPROM提供供应电压。在发出编程EEPROM指令后，bq2060A的监控功能将被禁止，直到I2C

总线断开。当bq2060A侦测到BatteryAddress0x16发送到SMBus之后，就断开I2C总线。用来断开I2C总线的BatteryAddress0x16应该在对EEPROM的最后一个写操作之后10ms发送。举例：以下例子说明了如何使用ManufacturerAccess()指令的顺序。说明了如何对电芯组进行除VFC校准外的所有有效测试和校准。并且为在封缄状态和低电压存储模式下出仓做准备：1.用存储在EEPROM里的期望的最终值来完成测试和校准。这个过程包括设置PackConfiguration里的SEAL位。在测试的时候向bq2060A发送一个重启指令，以确保RAM里的值与EEPROM里的最终值相符合。2.如果RemainingCapacity()的初始值必须为非0，那么可以在电芯组未封缄状态下将期望值写入Command0x26。发送一个重启在这步重新设置RM为0后。3.发送允许低电压存储模式指令。4.在发送允许低电压存储模式指令后的900-1600ms内，发送允许VFC校准指令。这个将延迟低电压存储模式直到VFC校准完成。5.在VFC校准指令后发送SEAL指令。Bq2060A必须在VFC校准完成之前接收SEAL指令。在校准开始的时候，bq2060A重新设置PackStatus的OCE位，在其成功完成校准之后再设置这一位。在VFC校准自动完成之后，bq2060A将VFC误差消除值存储在EEPROM里，并且在大约20s内进入低电压存储模式。另外，bq2060A被封缄，只允许访问表3所示的部分。用途：ManufacturerAccess()指令提供系统主机访问bq2060A那些没有被SBD定义的功能。SMBus协议：读取和写入字符协议。输入/输出：字符。