BQ26220是一款高性能电池监控芯片,具有库仑计数器、电压和温度测量功能

元器件信息   2022-11-21 09:41   532   0  

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特征

*设计用于智能主机控制器的多功能监控集成电路:

-提供充电电池的充电状态信息

-提供精确的蓄电池电压和温度测量

-带自动补偿的高精度库仑充放电电流积分

*11位模数转换器报告带有增益和偏移校正的电池电压

*差动电流感测

*32字节通用RAM

*96字节的闪存(包括32字节的影子闪存)

*8字节的ID ROM

*内部温度传感器不需要外部热敏电阻

*可编程数字输入/输出端口

*高精度内部时基消除外部晶体振荡器

*低功耗:

-工作:30微安

睡眠:1微安

休眠:600毫安

*单线HDQ串行接口

*包装:8-铅TSSOP

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说明

bq26220是一种先进的电池监测设备,旨在准确测量充电电池组的充放电电流。bq26220旨在进行电池组集成,它包含所有必要的功能,以构成便携式应用(如手机、PDA或其他便携式产品)中的综合电池容量管理系统的基础。

bq26220与便携式系统中的主机控制器协同工作,实现电池管理系统。主控制器负责解释bq26220数据,并将有意义的电池数据传送给最终用户或电源管理系统。

该设备提供64字节的通用闪存、8字节的ID ROM和32字节的flash-backed RAM用于数据存储。非易失性存储器可以在电池暂时短路或深度放电期间保持格式化的电池监视器信息、识别码、保修信息或其他关键电池参数。

参数测量信息

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功能框图

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应用程序信息

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功能描述

bq26220使用电压-频率转换器测量SRP和SRN管脚之间的低值串联电流感测电阻器的电压降。电池电压在BAT和VSS引脚之间感应。所有数据被放入各种内部计数器和定时器寄存器。利用bq26220的信息,系统主机可以确定电池的充电状态,估计自放电,并计算平均充放电电流。在包装储存期间,内部温度传感器的使用使25°C以上每10°C的自放电计数率加倍。在充电和放电计数器寄存器中自动补偿VFC偏移。

通过一个寄存器映射命令协议,通过一个单线接口实现对bq26220寄存器的访问和控制。该协议包括将设备置于低功耗模式、硬件寄存器重置、从RAM编程flash以及将flash数据传输到RAM。

只要VCC在2.8v到4.5v之间,bq26220就可以从单个锂离子电池直接工作。

充放电计数操作

表1显示了bq26220的主要计数器和寄存器。

bq26220将充电和放电计数累加到两个计数寄存器中,即充电计数寄存器(CCR)和放电计数寄存器(DCR)。充放电计数是通过感应SRP和SRN之间的电压差产生的。CCR或DCR独立计数,这取决于管脚SRP和SRN之间的信号。

放电过程中,DCR和放电时间计数器(DTC)激活。如果(V(SRP(SRN))小于0(表示放电活动),则DCR以相当于每3.05μVH一次计数的速率计数,而DTC以每秒1.138次计数(4096次计数=1小时)的速率计数。例如,如果没有开始滚动故障诊断码寄存器,则24.42毫伏的负信号每小时产生8000个DCR计数和4096个故障诊断码计数。从电池中取出的电量很容易计算出来。)

充电期间,CCR和充电时间计数器(CTC)处于活动状态。如果(V(SRP(SRN))大于0(表示充电),则CCR以相当于每3.05μVH一次计数的速率计数,而CTC以每秒1.138次计数的速率计数。在这种情况下,24.42 mV信号每小时产生8000个CCR计数和4096个CTC计数(假设无侧翻)。

DTC和CTC是16位寄存器,滚动超过FFFFH。如果发生翻转,则模式寄存器中的相应位被设置,计数器以正常速率(每小时16次)的1/256递增。在正常操作时,bq26220的内部RAM和闪存寄存器可以通过HDQ管脚访问。

对于自放电计算,自放电计数寄存器(SCR)在标称25°C下以每小时一次计数的速率计数。SCR计数速率大约每10°C增加一倍,直至60°C。在25°C以下每10°C将SCR计数速率减半,直至0°C。SCR中的值有助于根据容量和存储温度估计电池的自放电条件。

表4显示了bq26220寄存器内存映射。剩余的存储器可以存储用户特定的信息,如化学、序列号和生产日期。

睡眠模式操作

bq26220响应于主机发出sleep命令而开始低功耗操作。在进入低功耗状态之前,主机处理器会写入将寄存器传输到闪存的命令。在发送睡眠命令并且充放电活动小于表2中所示的WOE位所示的值之后,芯片时钟断电,并且除了自放电检测之外,数据采集功能停止。在设备休眠期间,bq26220周期性地短暂唤醒以保持自放电寄存器。bq26220唤醒HDQ管脚上的从低到高或从高到低转换。

表3显示了在正常操作、休眠和休眠期间哪些寄存器处于活动状态。

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休眠模式操作

当Vcc下降到POR阈值V(POR)以下时,bq26220进入休眠模式。在这种模式下,bq26220从RBI引脚吸取电流以保持RAM数据。bq26220仅当Vcc升高到POR阈值以上时才退出休眠模式。

电流传感偏移校准与补偿

bq26220自动连续补偿V(SRP(SRN偏移量)。无需主机校准或补偿。)

燃气表控制寄存器

主机维护充放电和自放电计数寄存器(CCR、CTC、DCR、DTC和SCR)。为了便于维护,bq26220 CLR寄存器将特定计数器或寄存器对重置为零。主机系统通过将相应的寄存器位写入1来清除寄存器。当bq26220完成重置时,CLR寄存器中的相应位自动重置为0。清除DTC或CTC寄存器将清除模式寄存器位STC/STD,并将CTC/DTC计数率设置为默认值1.138次/秒。

设备温度测量

bq26220通过寄存器对TMPH-TMPL以K为单位报告模具温度。有关详细信息,请参阅TMP寄存器说明。

蓄电池电压测量

bq26220感应电池引脚上的电池电压,并通过寄存器对BATT-BATL报告。槽(地址=0x72–位0到2)和BATL低字节寄存器(地址=0x71)包含电池电压上的ADC转换结果。电压以11位二进制格式表示,LSB步长为2.44mv。巴斯寄存器的位2表示MSB,BATL的位0表示LSB。该测量的满标度电压为5 V,并针对单电池锂离子或锂极化应用中的直接传感进行了优化(见图3)。

注意,槽寄存器的位3到7存储电压ADC的偏移信息。最有效的位是符号位,后跟4位偏移数据。

还要注意,LSB增益校正因子(单位为微伏)存储在地址0x79(ID ROM的字节1)的2的补码中。主机负责将LSB增益校正因子和偏移量应用于ADC测量。

校正VBAT=VBAT×(2.44+LSB校正因子)-偏移量

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寄存器接口

主机系统和bq26220之间通过数据寄存器接口交换信息。见下表4。寄存器组由122个位置地址空间组成,其中8位字节被分割为:

•8字节的工厂编程ID ROM

•32字节的闪存阴影RAM

•64字节通用闪存

•18个特殊功能寄存器

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记忆

只读存储器

位置0x7F到0x78包含工厂编程的ID ROM和电压模数转换器的LSB增益校正因子。该寄存器的格式见表5。

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闪光阴影RAM

主机系统可以直接读取和修改32字节的RAM。这32个字节由32个字节的闪存阴影,以提供电池状态的非易失性存储。存储在RAM中的信息被传输到flash,存储在flash中的信息通过将单个命令写入flash命令寄存器(FCMD)被传输到RAM。当上电复位发生时,闪存的第0页被传输到RAM。有关更多详细信息,请参阅flash命令寄存器部分。

用户闪存

除了闪存阴影RAM,bq26220还有64字节的用户闪存。用户闪存可以存储特定的电池组参数,如按VFC脉冲充电、电池化学特性和自放电率。

flash编程

两组直接用户闪存一次编程一个字节,但单组闪存阴影RAM可一次编程一页,或将RAM到闪存的传输代码写入闪存命令寄存器(FCMD)。此编程通过将所需代码写入闪存命令寄存器FCMD(地址0x62)来执行,主机可以在闪存和RAM之间传输数据,页面擦除闪存或将设备置于低功耗模式。有关更多详细信息,请参阅flash命令寄存器部分。flash命令代码的摘要如表6所示。

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单字节编程

要在flash中编程单个字节,首先将数据字节写入FPD寄存器,而将要编程的地址写入FPA寄存器。然后,程序字节命令0x0F被写入FCMD。这个序列的结果是,FPD寄存器的内容与FPA寄存器所指向的flash地址的内容进行逻辑和运算。

RAM到闪存传输

在发送RAM到flash传输命令时,逻辑上与RAM内容对应的是隐藏用户RAM的flash内容。如果要在旧数据上写入新数据,则必须首先擦除正在更新的闪存页并还原所有必要的数据。

与bq26220通信

bq26220包括一个单线HDQ串行数据接口。主机处理器,配置为轮询或中断处理,使用接口访问各种bq26220寄存器。HDQ引脚需要一个外部上拉电阻器。该接口使用基于命令的协议,其中主机处理器向bq26220发送命令字节。命令指示bq26220将接收到的下八位数据存储到命令字节指定的寄存器,或者从命令字节指定的寄存器输出八位数据。

通信协议是异步返回到1的,并引用到VSS。命令和数据字节由8位流组成,其最大传输速率为5 Kbits/s。命令或数据字节的最低有效位首先传输。从bq26220输入的数据可以使用一些微控制器上可用的脉冲宽度捕获定时器进行采样。UART(通用异步接收发射机)也与bq26220通信。

如果发生通信超时(例如,如果主机等待时间超过t(CYCB等待bq26220响应或如果这是第一个访问命令),则主机应发送中断。然后,主机可以重新发送命令。当HDQ管脚被驱动到逻辑低状态达t(B)或更长时间时,bq26220检测到断开。然后HDQ管脚在一段时间内恢复到正常的高电平逻辑状态(比尔。那个然后,bq26220准备好接受来自主机处理器的命令。)

返回一个数据位帧由三个不同的部分组成:

1、 第一部分由主机或bq26220开始传输,使HDQ pin在等于t(HW1)或t(DW1)的时段内处于逻辑低状态。

2、 下一部分是实际数据传输,在开始通信的负边缘之后,数据的有效期应等于t(HW1)或t(DW1)。数据应保存为t(HW0)和t(DW0)允许主机或bq26220采样数据位的时段。

3、 最后一部分通过使HDQ pin在用于开始通信的负边缘之后至少返回等于t(DW0)或t(HW0)的周期来停止传输。最终的逻辑高电平状态应保持到t(CYCH)或t(CYCB)的周期,以便有时间确保位传输正确停止。

串行通信定时规范和图解部分给出了数据和中断通信的定时。与bq26220的通信总是在首先发送最低有效位的情况下发生。图4显示了读取bq26220 DCRH寄存器的通信序列的示例。

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命令字节

bq26220的命令字节由八个连续的有效命令位组成。命令字节包含两个字段:W/R command和address。命令寄存器的W/R位确定命令是读还是写命令,而包含位AD6-AD0的地址字段指示要读或写的地址。命令字节值如表7所示。

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bq26220寄存器

寄存器维护

主机系统负责注册维护。(见表4.)为了便于维护,bq26220清除寄存器(CLR)将特定计数器或寄存器对重置为零。主机系统通过将相应的寄存器位写入1来清除寄存器。当bq26220完成重置时,CLR寄存器中的相应位自动重置为0,从而为主机节省额外的写入/读取周期。清除故障诊断码寄存器将清除标准位并将故障诊断码计数率设置为每0.8789秒一个计数的默认值。清除CTC寄存器将清除STC位并将CTC计数率设置为每0.8789秒一个计数的默认值。

寄存器说明

电池电压偏移寄存器(槽)

槽寄存器(地址=0x72)的位3到7存储电压ADC的偏移信息。最有效的位是符号位,后跟4位偏移数据。偏移量的每个计数代表8 mV。主机负责从巴斯和BATL寄存器中发现的未修正值中减去测量的偏移量。这是一个有符号量值,位7是符号位。位7中的1表示数字为负。

电池电压寄存器(BATH/BATL)

槽(地址=0x72–位0到2)和BATL低字节寄存器(地址=0x71)包含电池电压上的ADC转换结果。电压以11位二进制格式表示,LSB步长为2.44mv。巴斯寄存器的位3表示MSB,BATL的位0表示LSB。

闪存程序地址寄存器(FPA)

FPA字节寄存器(地址=0x70)指向发出程序闪存命令时编程的闪存地址位置。该字节与FPD和FCMD寄存器一起用于在闪存中编程单个字节。

存程序数据寄存器(FPD)

FPD字节寄存器(地址=0x6F)包含要编程到FPA寄存器内容指向的闪存地址位置的数据。当发出程序flash命令时,FPD寄存器的内容与FPA所指字节的内容相加,然后存储到该位置。

放电计数寄存器(DCRH/DCRL)

DCRH高字节寄存器(地址=0x6E)和DCRL低字节寄存器(地址=0x6D)包含放电计数,当V<V时,这些寄存器继续计数超过FFFFH时递增,因此主机系统需要正确的寄存器维护。CLR寄存器强制将DCRH和DCRL重置为零。

电荷计数寄存器(CCRH/CCRL)

CCRH高字节寄存器(地址=0x6C)和CCRL低字节寄存器(地址=0x6B)包含电荷计数,并且在V>V时递增。这些寄存器的计数继续超过FFFFH,因此主机系统应进行适当的寄存器维护。CLR寄存器强制将CCRH和CCRL重置为零。

自放电计数寄存器(SCRH/SCRL)

SCRH高字节寄存器(地址=0x6A)和SCRL低字节寄存器(地址=0x69)包含自放电计数。该寄存器在bq26220的正常工作模式和休眠模式下持续更新。这些寄存器中的计数根据时间和温度递增。在20°C至30°C下,SCR以每小时一次计数的速率计数。在60°C以上的温度下,计数速率每10°C增加一倍,最高可达16次计数/小时。在0°C以下的温度下,计数速率每10°C至30°C减半,最低为1次计数/8小时。这些寄存器在FFFFH之后继续计数,因此,主机系统应该对寄存器进行适当的维护。CLR寄存器强制将SCRH和SCRL重置为零。在设备休眠期间,bq26220周期性地唤醒一小段时间以保持自放电寄存器。

放电时间计数寄存器(DTCH/DTCL)

DTCH高字节寄存器(地址=0x68)和DTCL低字节寄存器(地址=0x67)确定V<V表示放电的时间长度。这些寄存器中的计数以每小时4096个计数的速率递增。如果DTCH/DTCL寄存器继续计数超过FFFFH,则STD位被设置在MODE/WOE寄存器中,表示翻转。一旦设置,DTCH和DTCL以每小时16个计数的速率递增。

注:如果发生第二次滚动,则清除STD。访问bq26220的时间应比每170天清除一次DTCH/DTCL。CLR寄存器强制将DTCH和DTCL重置为零。

充电时间计数寄存器(CTCH/CTCL)

CTCH高字节寄存器(地址=0x66)和CTCL低字节寄存器(地址=0x65)确定V>V的时间长度,表示充电活动。这些寄存器中的计数以每小时4096个计数的速率递增。如果CTCH/CTCL寄存器继续计数超过FFFFH,则STC位设置在指示翻转的MODE/WOE寄存器中。一旦设置,DTCH和DTCL以每小时16个计数的速率递增。

注:如果发生第二次滚动,则清除STC。访问bq26220的时间应比每170天清除一次CTCH/CTCL。CLR寄存器强制将CTCH和CTCL重置为零。

模式寄存器(模式)

模式寄存器(地址0x64)包含GPIEN、STAT、STC、STD、POR和唤醒启用信息,如表9所示。

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清除寄存器(CLR)

CLR寄存器(地址0x63)中的位清除DCR、CCR、SCR、DTC和CTC寄存器,通过强制上电复位和设置如表11所述的STAT pin状态来复位bq26220。

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闪光指令寄存器(FCMD)

FCMD寄存器(地址0x62)是flash命令寄存器,用于编程单个flash字节位置、执行flash页擦除、将RAM传输到flash和flash到RAM、进入睡眠模式和关机。这些功能是通过将所需的命令代码写入FCMD寄存器来执行的。在bq26220完成执行发出的命令后,清除flash命令寄存器。

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温度寄存器(TMPH、TMPL)

TMPH(地址0x61)和TMPL寄存器(地址0x60)以十六进制格式以0.25K为单位报告模具温度。使用TMPL低寄存器的所有8位和TMPH寄存器的3位,将温度报告为11位数据。温度应读取为TMPH[2:0]和TMPL[7:0]的串联,0.25K/LSB。TMPH的5个MSBs,TMPH[7:3]在POR上被清除并被保留。读取温度时,5位也应屏蔽掉,以确保计算温度时不使用不正确的数据。

包装材料信息

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