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1 of 29序言达拉斯半导体DS2438智能电池监视器其主要的特点有:(1)独特的1-Wire接口仅需一个端口引脚即可进行通信(2)为电池组提供唯一的64位序列号(3)片上电池温度检测省去热敏电阻(4)片上A/D转换器监视电池电压,作为终止充电和终止放电的判据(5)片上集成的电流累积器提供电量计量(6)二进制历时记录器(7)40字节非易失用户存储器存储电池相关数据(8) 工作温度范围-40 C至+85 C(9) 应用于蜂窝电话、数码相机、数字摄像机、掌上电脑、手持终端(包括条 形码)、笔输入掌上电脑、PDA和数字助理、智能电池组/充电器。管脚分配GNDVsENS+VsenS-18273645DQNCNCVddDS243管脚功能描述:1 GND接地2 VSENS+电池测量电流输入(+)3 VSENS-电池测量电流输入(-)4 vAD通用电压A/D采样输入端5 VCC供电电压(2.410V)6,7 NC悬空不接8 DQ数据输入输出,单总线概述DS243智能电池监视器为电池组提供了若干很有价值的功能:可用于标识电池组的唯一序列号;直接数字化的温度传感器省掉了电池组内的热敏电阻;可测量电池电压和电流的A/D转换器;集成电流累积器用于记录进入和流出电池的电 流总量;一个经历时间纪录器;以及40字节的非易失EEPRO存储器,可用于存储 重要的电池参数例如化学类型、 电池容量、充电方式和组装日期等。DS2438使用 1-Wire?接口发送和接收信息,所以中央微控制器和 DS243之间仅需1条连线(还 有地线)。这就意味着电池组仅需要三个输出接头:电池电源、地和1-Wire接口。由于每片DS243具有一个唯一的硅序列号,多片DS243可以共存于同一条 1-Wire总线。这就允许多个电池组可同时充电或在系统中使用。这款智能电池监视器可用于便携计算机、 便携/ 蜂窝电话以及手持式仪器等, 这些应用中需要密切监视电池的实时性能。与主系统微控制器相配合, DS2438 提供了一个化学类型无关的完备的智能电池组方案。 在定制某种特定化学类型和 容量的电池时,只需向微控制器和 DS2438 EEPROM俞入相应的代码即可,当电 池的化学类型改变时,设计者只需要修改软件即可。2 of 29该处DS243管脚功能详述表与上重复,故略概述1.64位的激光 ROM2. 温度传感器3. 电池电压A/D转换器4. 电池电流A/D转换器5. 电流累加器6. 历时记录器7.40 位的非易失用户存储器每个DS2438包含一个独特的64位光刻ROM序列码,这样几个电池组能够被 同一个主机系统充电和监控。此外,具有同样单总线结构、带64位ROM特点的其 他达拉斯产品, 能存在于同一根总线上。 可参阅达拉斯自动鉴定数据手册得到这 些产品的规格。DS2438通过一条总线通信。有了这条单总线端口,存储器和控制函数只有在 程序存储器函数协议建立起后才能生效。 主机必须首先提供四种程序存储器函数 命令的一个:1)读ROM,2匹配ROM,3搜索ROM或 4)跳过ROM这些命令可以操 作每个设备上的64位光刻ROM部分,并且如果一条总线上有多个设备存在,可 以锁定一个特定的设备。 还可以向主机指出有多少和什么类型的设备存在。 在一 个程序存储器函数序列被成功执行后, 存储器和控制函数获得权限, 并且主机可 以提供六种存储器和控制函数命令中的任意一种。发布控制函数命令去指示 DS2438执行温度测量或电池电压 A/D转换。这些 测量的结果将被存放在DS2438的存储器映射中,通过发送存储器函数命令能读 取温度测量值和电压寄存器。 此外,电池的充电 /放电电流测量无需用户干预, 而 且最终结果将会存储于DS2438的存储器空间中。DS2438用这些当前的电流测量 值更新三个电流累加器。 第一个存储流进和流出电池电流的净累加总和, 第二个 存储电池累积充电电流总和, 第三个存储电池累积放电电流总和。 历时记录器中 的数据,可以用于计算电池自放电或者与时间有关的充电停止限制, 也可以存储 在DS2438的存储器映射中,被存储器函数命令读取。DS2438的非易失性用户存 储器包括40个字节的EEPRQM这些存储单元可以用来存储用户想要存储的任意 数据,以及用存储器函数命令写入数据。 所有的数据和命令从最低有效位开始读 取和写入。3 of 29框图(图1)表示了 DS2438的内部结构操作一一测量温度DS2438通过片上温度测量技术测量温度。能读取13位二进制补码格式的温度数据,分辨率为0.03125 C。表1描述了温度测量输出数据的确切关系。数据在单总线接口上串行传输。DS2438可以测量温度的范围从-55 C到+ 125 C,以0.03125 C的增量。对于华氏温度表 示法,必须使用查找表或转换因子。注意,在DS2438中最低有效位表示0.03125 C,如下13位格式。温度寄存 器的3个最低有效位始终为0.剩下的13位用。C的二进制补码形式表示的温 度,最高有效位保持符号位。查看“存储器映射”找到温度寄存器地址。4 of 29操作测量电池电压片上的模数转换器(ADC)有 10位的分辨率,当DS2438收到指示它转换电压 的命令时,执行转换。这个测量的结果放在2字节电压寄存器中。DS2438的模数转换范围是0V到10V。这个范围对于六节镍镉电池或镍氢电池组或两节锂电 池组来说是合适的。模数转换的满量程值是10.23V,分辨率为10mV虽然模数转换最低量程可达 0V,但是有一点需要注意,那就是待测电池电压 也是DS2438的供电电压。这样,电池电压低于2.4V时,电压模数转换的准确性 下降,执行转换的能力受到DS2438的操作电压范围的限制。在这个寄存器中表示的二进制格式的电压范围如表2中列出的一样。注意,尽管编码在电压值低于2.4V下存在,但是电压模数转换的准确性和 DS2438供电 电压的限制使得这些值实际上不可使用。查看“存储器映射”找到电压寄存器地址。5 of 29对于应用程序需要一个通用的电压模数转换器,DS2438可以被配置,以致电压转换指令的结果能够想表2描述的一样将VAD的输入(而不是VDD勺输入)存 入电压寄存器中。根据状态/配置寄存器的声明,VDD或VAD两者之一)将在接 受到电压转换命令后存储在电压寄存器中。参阅寄存器映射中关于状态 /配置寄 存器的详细描述。如果VAD输入作为电压输入,模数转换器在 1.5V VAD 2VDD 范围内事准确的,其中 VDD2.4V VDD 5.0V.这个特性使得在电压输入范围 1.5V VAD 10V (VDD=5.0V内,用户能够得 到一个符合精度要求的电压模数转化器。操作测量电池电流DS2438模数转换器以通过测量外部检测电阻两端的电压, 来有效地检测流入 和流出电池组的电流为特点。模数转换器将在后台以每秒 36.41 次的频率采样, 因此不需要命令启动电流测量。然而,DS2438只会在状态配置寄存器中IAD位置1的时候才启动电流模数转换。DS2438通过VSENS?脚测量流入和流出电池 的电流,VSENS管脚到VSENSt脚的电压被认为是电流检测电阻 RSENS两端的 电压。VSENS端与RSENS6阻直接相关,然而,对于 VSENS-我们建议在该管 脚和RENS勺接地端之间接一个 RC低通滤波电路。用一个阻值为100K的电阻和 一个0.1 H的钽电容器,该滤波器的截止频率是15.9Hz.电流模数转换器以36.41次/s或每27.46ms 次的频率采样。这个滤波器能消除大部分的尖峰毛刺 的影响,从而允许电流累加器准确的反映流入和流出电池的总电荷。模数转换器测量检测电阻RSEN两端的电压,并将结果以二进制补码格式保 存在电流寄存器中。 转换结果的符号位, 表明充电还是放电, 存储在电流寄存器 的最高有效位中,见表 3. 查看“存储器映射”找到电流寄存器地址。6 of 29(这个寄存器实际上存储的是检测电阻 RSEN测端的电压。这个值带入下面的公 式可以计算出电池的电流。 ) 电池组的电流能够由电流寄存器中的值经这个方程 计算得出。I = Current Register / (4096 * RSENS) (RSENS 的单位是?)例如,如果流入电池组的电流是 1.25A,电池组使用一个0.025?的检测电阻, DS2438向电流寄存器写入的值为128(十进制)。根据这个值,电池组电流能够被 计算为:I = 128 / ( 4096 * 0.025) = 1.25A随着时间的推移, 整合的电流会因为小电流模数转换器存在偏置误差可以有一个 大的累积效应,DS2438在电流模数转换器中提供了一种抵消偏置误差的方法。 在每次电流测量完成后, 测量值被加到偏置寄存器的内容中, 结果随后被存储在 电流寄存器。偏移寄存器是一个两字节非易失性的读/写寄存器,是以二进制补码形式存储的。这个寄存器的高四位最高有效位包含偏置的符号,如表 4所示。 下面的步骤可以用来调整电流模数转换器。1. 向偏置寄存器写全 02. 驱动零电流通过RSEN电阻3. 读取电流寄存器值4. 通过在状态 /配置寄存器置 0 IAD 位,关闭电流模数转换器。5. 改变当前读取的电流寄存器的值的符号,转换成二进制补码的形式,并将结 果写入偏置寄存器中。6. 通过将状态/配置寄存器中的IAD位置1,开启电流模数转换器。注意:当写入偏置寄存器时,必须禁止电流测量(IAD位置0)在每一个DS2438设备装载之前,电流模数转换器完成校准过程。然而,为了达 到最好的效果,在最初的电池组测试中,电池组制造商应该校准电流模数转换器, 并且主机系统应该尽可能的校准(例如,在电池充电期间)。7 of 29操作一一电流累加器DS2438用集成电流累加器(ICA)跟踪一块电池的剩余容量。ICA保持流进和 流出电池的电流总和的净累积。因此,存储在这个寄存器中的值是在一个电池中 剩余容量的一个指标,可能被用在执行燃料评估函数。此外QS2438还有另外的寄存器用来存储总充电电流和总放电电流。CCA和DCA合主机系统提供决定可充电电池的寿命结束的信息,这些信息是基于在其生命周期的总充放电电流。电流测量描述的是每27.46 ms检测电阻RSENS两端测得的电压。这个值用 于增加或减少ICA寄存器的值,如果电流是正的,增加CCA的值,如果电流时负 的,减少DCA的值。ICA是一个按比例的8位易失二进制计数器,累计了电阻 RSEN两端的电流。如 果状态/配置寄存器IAD位置1, ICA递增或递减。表5展示了 ICA的内容。查看 “存储器映射”找到ICA寄存器地址。表5 ICA寄存器格式(这个寄存器累积了 RSEN醐端的电压值,这个值通过以下这个方程可以计算出 电池剩余量。)27262524232212MSb (unit = 0.4882 mVhr) LSb剩余的电池容量能过用这个方程由ICA的值计算得出。剩余容量=ICA/(2048*RSENS)(RSEN单位为?)例如,如果电池组的剩余容量值为 0.625,电池组用0.025?的检测电阻,ICA的 值将是32。根据这个值,剩余容量能够被计算为:剩余容量=32 / ( 2048 * 0.025) = 0.625 Ahr因为电
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