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DS2760锂离子电池监测与保护电路的测试与校准

来源:analog 发布时间:2023-11-14

摘要: 本应用说明向读者介绍如何正确测试包含达拉斯半导体DS2760电池监视器和保护器的电路板和电池组。提供了一个循序渐进的测试程序,可以遵循,以确保电路板和电池组已正确组装。此外,本说明还指导读者如何正确校准DS2760电池监视器上的高精度电流A/D转换器,一旦它组装成电池组。包括电流偏置和电流增益校准的程序。

锂离子保护和高精度燃油计量的优点可能会因装配错误或设备校准不当而完全失效。本应用笔记介绍了如何测试组装好的保护电路板和完全组装的封装的示例,然后一步一步地正确校准DS2760的高精度电流a /D。

执行单板水平测试

以下是如何在最终组装成电池组之前对基于DS2760的保护电路板进行生产测试的示例。图1显示了一个利用DS2760所有功能的示例电路板原理图。所有关键测试点(共有11个)都用图中圈出的数字表示。该测试流程假设电路的所有分立组件都已经过测试,因此目标是通过验证连接来验证电路板已正确组装。



图1所示。需要校验的电路板节点。

测试1:测试初始化。测试初始化的目的是将DS2760寄存器置于已知状态,并确定板上是否存在任何直接短路。在此步骤中,与设备的成功通信验证DQ连接(节点1)以及电池正极到VDD引脚(节点2)和电池负极到VSS引脚和PAC-(节点3)。启用充电和放电场效应管,然后检查保护寄存器的标志条件:


从BAT+强制4.0V到BAT-

将0x00h写入保护寄存器清除所有标志

将0x03h写入保护寄存器使场效应晶体管

等待150毫秒等待测试所有可能的标志条件

阅读保护登记册读取DOC标志


如果设置了DOC Flag (bit 4),则单板失效。

如果通信不可能,故障板。


测试2:验证VIN引脚连接到电池正极(节点4)。从DS2760读取最新电压并确认它是有效的测量:


从BAT+强制4.0V到BAT-

等待10毫秒等待电压转换

读电压寄存器2字节


电压检测不准确,导致单板故障。


测试3:电荷控制FET(节点5)的运行。电荷控制FET的正常运行可以通过禁用FET并尝试将电流强制进入PAC+来验证:


从BAT+强制4.0V到BAT-

试图迫使电流进入PAC+建议不小于100mA


如果不能强制电流,则故障板


将0x01h写入保护寄存器禁用电荷场效应晶体管

试图迫使电流进入PAC+建议不小于1mA


如果电流可以强制,则故障板


将0x03h写入保护寄存器使能电荷场效应晶体管


测试4:放电控制FET(节点6)的操作。通过禁用FET并尝试将电流从PAC+中强制输出来验证与放电控制FET的连接:


从BAT+强制4.0V到BAT-

试图将电流从PAC+中挤出建议不小于100mA


如果不能强制电流,则故障板


将0x02h写入保护寄存器禁用放电效应场效应管

试图将电流从PAC+中挤出建议不小于1mA


如果电流可以强制,则故障板


将0x03h写入保护寄存器启用放电效应场效应晶体管


测试5:验证SNS, IS1和IS2引脚连接(节点7和8)。通过有效的电流测量可以轻松验证SNS引脚连接。虽然验证从IS1到IS2的电容器是困难的,但成功的电流测量将证明它们不会彼此短路或与任何周围引脚短路:


从BAT+强制4.0V到BAT-

从PAC+中强制1.0A

等待100毫秒等待电流转换

读取当前寄存器2字节


如果Current re不准确,导致单板故障


测试6:验证PLS引脚连接到Pack Positive(节点9)。DS2760使用PLS引脚来确定从PAC+到PAC-是否仍然存在错误条件。强制放电过流状态,验证标志不能清除,再移除该状态,验证标志可以清除:


从BAT+强制4.0V到BAT-

从PAC+中取出2.5A


等待20毫秒等待条件更新标志

将0x00h写入保护寄存器尝试清除所有标志

阅读保护登记册读取DOC标志


如果DOC标志清除,则故障板


从PAC+中强制输出0.0A

等待20毫秒等待条件更新标志

将0x00h写入保护寄存器清除所有标志

阅读保护登记册读取DOC标志


如果设置了DOC Flag,则单板失效


测试7:验证PS引脚连接(节点10)。如果PS引脚在电路中是硬连接的,只需读取特殊特征寄存器(位7)来确认引脚状态。如果引脚有外部连接到电路板,切换引脚状态并验证特殊功能寄存器中的变化:


从BAT+强制4.0V到BAT-

外部强制PS引脚低

阅读特别功能寄存器读取PS引脚状态


PS位设置为故障板


外部强制PS引脚高

阅读特别功能寄存器读取PS引脚状态


PS位清除导致单板故障


测试8:验证PIO引脚连接(节点11)。如果PIO引脚被用作输入,则执行类似于上述PS引脚的测试。如果引脚用作输出,则在软件中切换引脚,同时返回位以验证其状态:


从BAT+强制4.0V到BAT-

将0x00写入特殊特征寄存器强制PIO引脚低

阅读特别功能寄存器读取PIO引脚状态


如果设置了PIO位,则单板故障


将0x40写入特殊特征寄存器强制PIO引脚高

阅读特别功能寄存器读取PIO引脚状态


PIO位清除导致单板故障


执行包级别测试

在组装包上执行测试比上面的板级测试更直接。这个示例测试流程假设基于DS2760的保护电路板和锂离子电池在电池组组装之前已经分别进行了验证,并且电池有足够的电量为保护板供电。示例单元组显示在图2。所有关键的测试节点都用圈中的数字表示。



图2。必须验证的单元包节点。

测试1:沟通。查询DS2760的网络地址这个简单的动作验证了电路中的大部分连接。为了正确通信,DQ引脚(节点2)和PAC-(节点3)必须是有效连接。为了使DS2760正常响应,单板必须通过BAT+(节点4)和BAT-(节点5)供电。通信测试如下:


读取网络地址

如果通信不可能,则失败包。


测试2:权力。为了验证PAC+是否正确连接到DS2760板,请启用fet并验证PAC+引脚上可以测量单元电压。同时检查DS2760是否检测到任何短路:


将0x00h写入保护寄存器清除所有标志

将0x03h写入保护寄存器使场效应晶体管

等待150毫秒等待测试所有可能的标志条件

阅读保护登记册读取DOC标志


如果设置了DOC标志(位4),则包失败。

如果电池电压不能在PAC+下测量,则失败


测试3:如果封装设计使用PIO和PS引脚作为输入或输出,请通过切换引脚状态并在特殊功能寄存器中确认结果来验证其操作 。参见上面板级测试部分的测试步骤7和8。

校准电流偏移

DS2760的电流A/D非常敏感。它能够测量仅15µV的电压降通过感测电阻。这种精度只能通过在电池组组装后校准电流测量来实现。电流偏置寄存器允许DS2760的电流测量通过±127 LSbs进行调整,以精确测量非常小的电流。下面的例子列出了校准DS2760电路的步骤:

  1. 将0x00写入保护寄存器以禁用所有充电和放电。

  2. 平均32次电流测量,样品之间至少间隔100毫秒。为了获得最佳的准确性,建议使用尽可能多的参数。

  3. 如果平均电流寄存器值大于±127 LSbs(±79.375mA或±1.984mV),则器件不能修剪为零。验证电路。

  4. 将结果值存储在当前偏移寄存器位置0x33h并复制到EEPROM。

  5. 通过额外的电流测量验证准确性。如有必要,重复此过程。

校准电流增益

具有集成感测电阻的ds2760在工厂进行校准,以准确报告电流,无需进一步校准。没有集成感测电阻的DS2760将在工厂校准以测量电压。为了准确地将该电压值转换为电流值,必须知道精确的检测电阻。达拉斯半导体公司建议在封装组装时测量该电阻,并将该值存储在EEPROM中,以供手机参考。此过程的示例程序如下:

  1. 准确测量组装电路的感测电阻。这可以通过强制已知电流通过封装并使用DS2760测量感测电阻上的压降来实现。

  2. 将电阻值存储在未使用的DS2760 EEPROM中。达拉斯半导体公司建议至少用
    0.25欧姆决议。一个字节将提供0毫欧到63.75毫欧的范围。

  3. 在操作过程中,手机读取该电阻值,并将电流寄存器和电流累加器的值与之相乘,以计算测量的电流和累积电荷。

总结

对DS2760锂离子电池组的正确验证需要测试电路中的每个焊点。至少,测试应验证当控制场效应管关闭时,该保护可防止所有电流流入和流出电池组。

电流A/D偏置应在组装到封装后进行校准。为了获得最大的精度,应在可接受的最长时间内进行多次测量,同时禁用控制场效应管,以保证系统中没有电流流动。

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