bq27520-G4系统侧锂离子电池燃料计

　　特征
　　•单系列电池锂离子电池燃油表位于系统板上
　　–集成2.5 VDC LDO
　　–外部低值10-mΩ感应电阻器
　　•专利阻抗跟踪™ 技术
　　–根据电池老化、自放电、温度和速率变化进行调整
　　–报告剩余容量、荷电状态（SOC）和清空时间
　　–可选平滑滤波器
　　–电池健康状态（老化）评估
　　–支持嵌入式或可拆卸组件，容量高达32A小时
　　–使用2个独立的电池配置文件进行电池组交换
　　•微控制器外围设备支持：
　　–400 kHz I2C串行接口
　　–32字节的暂存闪存NVM
　　–电池电量低数字输出警告
　　–可配置SOC中断
　　–外部热敏电阻、内部传感器或主机报告的温度选项
　　•微型15针，2610×1956μm，0.5 mm螺距无纳米™ （DSBGA）包
　　应用
　　•智能手机、功能手机和平板电脑
　　•数码相机和摄像机
　　•手持终端
　　•MP3或多媒体播放器
　　说明
　　德州仪器bq27520-G4系统侧锂离子电池燃料计是一个微控制器外围设备，为单电池锂离子电池组提供燃料计量。该设备只需要很少的系统微控制器固件开发。fuelgauge位于系统主板上，管理嵌入式电池（不可拆卸）或可拆卸电池组。
　　燃油表使用专利的阻抗轨道™ 用于燃油计量的算法，并提供诸如剩余电池容量（mAh）、充电状态（%）、空载运行时间（最小值）、电池电压（mV）、温度（°C）和健康状态（%）等信息。
　　电池燃料计量只需要电池组+（P+）、电池组–（P-）和可选热敏电阻（T）连接至可拆卸电池组或嵌入式电池电路。该设备使用15球纳米自由™（DSBGA）封装，标称尺寸为2610×1956μm，引线间距为0.5 mm。它是空间受限应用的理想选择。
　　设备信息
　　
　　（1） 、有关所有可用的软件包，请参阅数据表末尾的可订购附录。
　　典型应用图
　　
　　典型特征
　　
　　详细说明
　　概述
　　bq27520-G4燃油表可准确预测单个锂基可充电电池的电池容量和其他工作特性。它可以被系统处理器询问以向主机提供单元信息，例如清空时间（TTE）、充电状态（SOC）和SOC中断信号。
　　信息是通过一系列被称为标准命令的命令来访问的。附加的扩展命令集提供了更多的功能。这两组命令由通用格式命令（）表示，用于读写设备控制寄存器和状态寄存器及其数据闪存位置中包含的信息。命令通过I2C串行通信引擎从系统发送到仪表，可以在应用程序开发、系统制造或终端设备操作期间执行。
　　单元信息存储在设备的非易失性闪存中。在应用程序开发期间，可以访问这些数据闪存的许多位置。在终端设备运行期间，通常不能直接访问它们。访问这些位置是通过使用配套评估软件，通过单独的命令，或通过一系列数据闪存访问命令来实现的。要访问所需的数据闪存位置，必须知道正确的数据闪存子类和偏移量。
　　高精度气体计量预测的关键是德州仪器公司专有的阻抗跟踪™ 算法。此算法使用电池测量、特性和属性来创建充电状态预测，在各种操作条件下和电池寿命期间，可以实现小于1%的误差。
　　燃油表通过监测位于系统车速传感器和蓄电池组端子之间的小值串联感测电阻器（典型值为5 mΩ至20 mΩ）的电压来测量充电和放电活动。当电池连接到设备上时，电池阻抗是根据电池电流、电池开路电压（OCV）和负载条件下的电池电压来学习的。
　　外部温度传感通过使用高精度负温度系数（NTC）热敏电阻（R25=10.0 kΩ±1%）进行优化。B25/85=3435K±1%（如塞米泰克NTC 103AT）。或者，燃油表也可以配置为使用其内部温度传感器或从主机处理器接收温度数据。当使用外部热敏电阻时，BI/TOUT和TS引脚之间还需要一个18.2-kΩ的上拉电阻器。燃油表使用温度监控电池组环境，用于燃油计量和电池保护功能。
　　为了减少功耗，该设备有不同的电源模式：正常、休眠、休眠和BAT插入检查。燃油表根据特定事件的发生自动改变模式，尽管系统处理器可以直接启动其中一些模式。
　　有关完整的操作细节，请参阅bq27520-G4技术参考手册，SLUUA35。
　　注意：本文档使用以下格式约定：
　　命令：斜体加括号（）和不带空格，例如Control（）。
　　数据快闪：斜体、粗体和分隔空格，例如设计容量。
　　寄存器位和标志：斜体加括号［］，例如，［TDA］
　　数据闪烁位：斜体、粗体和方括号［］，例如，［LED1］
　　模式和状态：所有大写字母，例如，未密封模式。
　　功能框图
　　
　　功能描述
　　bq27520-G4测量电压、温度和电流，根据专利的阻抗轨迹确定电池容量和充电状态（SOC）™ 算法（详见SLUA450《阻抗轨道电池燃料计量算法的应用报告、理论与实现》）。bq27520-G4通过感测SRP和SRN引脚之间以及与电池串联的小电阻（典型值为5 mΩ至20 mΩ）之间的电压来监测充电和放电活动。通过整合通过电池的电荷，在电池充电或放电过程中调整电池的SOC。通过比较施加负载前后的充电状态和通过的电量，可以得出电池的容量。当施加系统负载时，通过比较当前SOC的预定义函数获得的开路电压（OCV）与负载下测量的电压，来测量蓄电池的阻抗。OCV和电荷积分的测量确定了化学电荷状态和化学容量（Qmax）。初始Qmax值取自电池制造商的数据表乘以并联电池的数量。它也用于计算设计容量的值。bq27520-G4在正常电池使用期间获取并更新电池阻抗曲线。它使用此配置文件，连同SOC和Qmax值，来确定完全充电容量（）和充电状态（），特别是针对当前负载和温度。满充容量（）是指在当前负载和温度下，完全充电的电池在电压（）达到终止电压之前的可用容量。NominalAvailableCapacity（）和FullAvailableCapacity（）分别是RemainingCapacity（）和FullChargeCapacity（）的无补偿（无负载或轻负载）版本。bq27520-G4有两个标志位和两个引脚，当电池的SOC下降到临界水平时，它会警告主机。如果RemainingCapacity（）低于由SOC1 Set threshold指定的第一个capacity threshold，则设置Flags（）［SOC1］位，如果RemainingCapacity（）高于SOC1清除阈值，则清除该位。如果通过OpConfig C［BATLSPUEN］启用，BAT_LOW pin反映［SOC1］标志位的状态。如果由OpConfig B［BL逖INT］启用，则SOC逖INT将在［SOC1］标志位的状态改变时切换。当电压（）降至SysDown设置的电压阈值以下时，Flags（）［SysDown］位被设置，SOCu INT将切换一次，以发出关闭系统的最终警告。当电压（）上升到SysDown清除电压以上时，［SysDown］位被清除，并且SOC峈INT将切换一次以通知状态变化。更多详情见bq27520-G4技术参考手册，SLUUA35。
　　设备功能模式
　　电源模式
　　燃油表有不同的动力模式：
　　•电池插入检查：电池插入检查模式是一种通电但低功率已停止的状态，当系统中没有电池插入时，燃油表的位置。
　　•正常：在正常模式下，燃油表完全通电，可以执行任何允许的任务。
　　•休眠：在休眠模式下，燃油表关闭高频振荡器，以降低功率的状态运行，定期进行测量和计算。
　　•SLEEP+：在SLEEP+模式下，低频和高频振荡器均激活。尽管SLEEP+模式比SLEEP模式有更高的电流消耗，但它也是一种低功耗模式。
　　•休眠：在休眠模式下，燃油表处于低功率状态，但可以通过通信或某些I/O活动唤醒。
　　图7显示了这些模式之间的关系。
　　电池插入检查模式
　　此模式是一种暂停的CPU状态，当适配器或其他电源存在时，会出现燃油表（和系统）供电，但没有检测到电池。当检测到电池插入时，将开始一系列初始化活动，包括：OCV测量、设置Flags（）［BAT_DET］位以及选择适当的电池配置文件。
　　在这种模式下，燃油表停止时，可以处理由系统处理器发出的某些命令。仪表唤醒以处理命令，然后返回到等待电池插入的暂停状态。
　　正常模式
　　当不处于任何其他电源模式时，燃油表处于正常模式。在此模式下，将进行AverageCurrent（）、Voltage（）和Temperature（）测量，并更新接口数据集。改变状态的决定也会做出。通过激活不同的电源模式退出此模式。
　　由于燃油表在正常模式下耗电最多，阻抗跟踪算法将燃油表保持在该模式下的时间减至最小。
　　睡眠模式
　　如果该功能已启用（Op Config［SLEEP］=1），并且AverageCurrent（）低于可编程级别的休眠电流，则会自动进入睡眠模式。一旦进入休眠模式合格，但在进入休眠模式之前，燃油表将执行库仑计数器自动校准，以尽量减少偏移。
　　在休眠模式下，燃油表定期进行数据测量并更新其数据集。然而，它的大部分时间都是在空闲状态下度过的。
　　如果任何进入条件被破坏，特别是在以下情况下，燃油表将退出休眠模式：
　　•平均电流（）高于休眠电流，或；
　　•检测到通过RSENSE超过IWAKE的电流。
　　如果在充电器存在的情况下从系统中取出电池（并为仪表供电），则无需更新阻抗轨迹。因此，燃油表进入检查电池插入情况的状态，并且不继续执行阻抗跟踪算法。
　　
　　
　　睡眠+模式
　　与休眠模式相比，SLEEP+模式有高频振荡器在工作。可以消除通信延迟。如果功能已启用（控制状态［休眠］=1），且AverageCurrent（）低于可编程级别的休眠电流，则会自动进入睡眠+模式。
　　在SLEEP+模式下，燃油表定期进行数据测量并更新其数据集。然而，它的大部分时间都是在空闲状态下度过的。
　　如果任何进入条件被破坏，特别是在以下情况下，燃油表将退出休眠+模式：
　　•与仪表的任何通信活动，或
　　•平均电流（）高于睡眠电流，或
　　•检测到通过RSENSE超过IWAKE的电流。
　　休眠模式
　　当系统设备需要进入低功耗状态，并且需要最小的仪表功耗时，应使用休眠模式。当系统设备设置为自己的休眠、关机或关闭模式时，此模式非常理想。
　　在燃油表进入休眠模式之前，系统必须设置控制状态［休眠］位。仪表等待进入休眠模式，直到它进行了有效的OCV测量，并且平均电池电流的大小已经低于休眠电流。如果电池电压降到休眠电压以下，并且进行了有效的OCV测量，则仪表也可以进入休眠模式。仪表保持休眠模式，直到系统向仪表发出直接I2C命令或发生POR。任何未定向到仪表的I2C通信都不会唤醒仪表。
　　系统负责在燃油表进入休眠模式后唤醒燃油表。唤醒后，仪表可以继续初始化电池信息（OCV、配置文件选择等）。
　　编程
　　标准数据命令
　　燃油表使用一系列2字节标准命令来启用系统读取和写入蓄电池信息。每个标准命令都有一个相关的命令代码对，如表1所示。由于每个命令由两个字节的数据组成，因此必须执行两个连续的I2C传输，以启动命令功能，并读取或写入相应的两个字节的数据。有关传输数据的其他选项，请参见。读写权限取决于活动访问模式，密封或未密封。
　　
　　扩展数据命令
　　扩展命令提供了标准命令集之外的附加功能。它们的使用方式相同；但是，与标准命令不同，扩展命令不限于2字节字。表2中指定了给定扩展命令范围（从单个字节到多个字节）的命令字节数。有关访问数据闪存的详细信息，请参阅bq27520-G4技术参考手册，SLUUA35。
　　
　　（1）、密封和未密封状态通过控制（）0x00和0x01的命令输入。
　　（2）、在密封模式下，无法通过命令0x3E和0x3F访问数据闪存。
　　通信
　　IC接口2
　　bq27520-G4燃油表支持标准I2C读取、增量读取、快速读取、单字节写入和增量写入功能。7位设备地址（ADDR）是十六进制地址中最有效的7位，固定为1010101。因此，I2C协议的前8位分别是0xAA或0xAB，用于写入或读取。
　　
　　“快速读取”返回地址指针指示的地址处的数据。地址指针是I2C通信引擎的内部寄存器，每当燃油表或I2C主机确认数据时，它就会递增。“快速写入”功能与此相同，是向连续命令位置发送多个字节（例如需要两个字节数据的两个字节命令）的便捷方式。
　　不支持以下命令序列：
　　尝试写入只读地址（主机发送数据后的NACK）：
　　
　　尝试读取0x6B以上的地址（NACK命令）：
　　
　　I2C超时
　　如果I2C总线保持在低位2秒钟，I2C发动机将同时释放SDA和SCL。如果燃油表固定住管路，松开管路可释放管路，以便主机驱动管路。如果外部条件保持其中一条线路处于低电平，I2C引擎将进入低功耗休眠模式。
　　I2C命令等待时间
　　为确保在400 kHz下正常工作，必须在发送至燃油表的所有数据包之间插入t（BUF）≥66μs的无总线等待时间。此外，如果SCL时钟频率（fSCL）大于100 kHz，则使用单独的1字节写入命令进行正确的数据流控制。下图显示了在发出control子命令和读取状态结果之间所需的标准等待时间。OCV_CMD子命令需要1.2秒才能读取结果。对于读写标准命令，至少需要2秒才能更新结果。对于只读标准命令，不需要等待时间，但主机发出所有标准命令的次数不应超过每秒两次。否则，由于看门狗计时器过期，燃油表可能会导致重置问题。
　　
　　I2C时钟拉伸
　　在燃油表操作的所有模式下都可能发生时钟拉伸。在休眠和休眠模式下，由于设备必须唤醒以处理数据包，因此所有I2C通信都会出现短时间的时钟延迟。在其他模式（电池插入检查、正常、休眠）中，时钟拉伸只发生在为燃油表寻址的数据包上。由于I2C接口执行正常的数据流控制，大多数时钟扩展周期都很小。然而，随着数据闪存块的更新，可能会出现频率较低但更重要的时钟延长周期。下表总结了各种燃油表工作条件下的大致时钟延长时间。
　　
　　应用与实施
　　注意：以下应用章节中的信息不是ti组件规范的一部分，TI不保证其准确性或完整性。TI的客户负责确定组件的适用性。客户应验证和测试其设计实现，以确认系统功能。
　　申请信息
　　bq27520-G4系统侧锂离子电池燃料计是一个微控制器外围设备，为单电池锂离子电池组提供燃料计量。该设备只需要很少的系统微控制器固件开发。燃料位于系统主板上，管理一个嵌入式电池（不可拆卸）或容量高达14500毫安时的可拆卸电池组。为了保证印刷电路板（PCB）的最佳性能，必须考虑印刷电路板（PCB）的最佳布局。这些要求详见设计要求。
　　典型应用
　　
　　设计要求
　　必须更新几个关键参数，以符合给定应用程序的电池特性。对于最高精度的测量，在密封和运输系统到现场之前，通过学习循环跟踪初始配置，以优化阻力和最大化学容量（Qmax）值。目标应用中燃料计的成功和准确配置可作为创建“黄金”燃气表（.fs）文件的基础，该文件可写入所有仪表，假设相同的组件设计和锂离子电池来源（化学、批次等）。校准数据包括在这个黄金GG文件的一部分，以减少系统生产时间。如果采用这种方法，建议从大样本量中取电压和电流测量校准数据的平均值，并在黄金文件中使用这些数据。表4，配置的关键数据闪存参数，显示了应配置的项目，以实现可靠的保护和精确测量，且初始配置最少。
　　
　　详细设计程序
　　BAT电压检测输入
　　在电池管脚的输入端使用一个陶瓷电容器将交流电压纹波旁路到地上，大大降低了它对电池电压测量的影响。它被证明在具有高频电流脉冲（即手机）的负载情况下最为有效，但建议在所有应用中使用，以降低此敏感高阻抗测量节点上的噪声。
　　SRP和SRN电流检测输入
　　库仑计数器输入端的滤波网络旨在提高通过感测电阻测量的电压的差模抑制。这些元件应放置在尽可能靠近库仑计数器输入端的位置，并且差分记录道长度的布线应匹配，以最大限度地减少阻抗失配测量误差。
　　感测电阻选择
　　如果燃油表的SRP和SRN引脚之间的电阻出现任何变化，都会影响由此产生的电压差和由此产生的电流。因此，建议选择具有最小公差和电阻温度系数（TCR）特性的感测电阻器。基于性能和价格之间最佳折衷的标准建议是1%公差，100ppm漂移感应电阻器，额定功率为1W。
　　TS温度感应输入
　　与BAT管脚类似，TS管脚的陶瓷去耦电容器用于绕过高阻抗ADC输入的交流电压纹波，最大限度地减少测量误差。另一个有用的优点是电容器提供了额外的ESD保护，因为在使用可拆卸电池组的系统中，可以访问到系统的TS输入。它应尽可能靠近相应的输入引脚，以获得最佳的滤波性能。
　　热敏电阻选择
　　燃油表温度传感电路设计用于与负温度系数型（NTC）热敏电阻一起工作，在室温（25°C）下具有10-kΩ的特性电阻。燃油表中配置的默认曲线拟合系数特别假设103AT-2型热敏电阻，因此这是热敏电阻选择的默认建议。移动到单独的热敏电阻电阻电阻配置文件（例如，JT-2或其他）需要更新数据闪存中的默认热敏电阻系数，以确保最高精度的温度测量性能。
　　REGIN电源输入滤波
　　一个陶瓷电容器被放置在燃料计内部LDO的输入端，以增加电源抑制（PSR）和改善有效的线路调节。它确保电压纹波被拒绝接地，而不是耦合到燃油表的内部供应轨。
　　VLDO输出滤波科科斯群岛
　　在内部LDO的输出端还需要一个陶瓷电容器，以便在高外围利用率期间为燃油表负载峰值提供电流存储。它的作用是稳定调节器输出，并减少燃料表内部的核心电压波动。应用曲线
　　
　　电源建议
　　电源去耦
　　REGIN输入引脚和VCC输出引脚都需要低等效串联电阻（ESR）陶瓷电容器，尽可能靠近各自的引脚，以优化纹波抑制，并提供稳定可靠的电源轨，对线路瞬态具有弹性。REGIN的0.1-μF电容器和VCC的1-μF电容器足以满足令人满意的器件性能。
　　布局
　　布局指南
　　感应电阻器连接
　　感测电阻处的开尔文连接与电池端子本身的连接一样重要。差动迹线应连接在感测电阻垫的内部，而不是沿着高电流迹线路径的任何地方，以防止在测量抽头点之间的感应电阻和迹线电阻之和时可能导致的测量电流的错误增加。此外，这些引线从感测电阻到输入滤波器网络，最后进入SRP和SRN引脚的布线需要尽可能紧密匹配，否则可能会出现额外的测量偏移。此外，还建议在滤波器网络和库仑计数器输入周围添加铜迹线或浇注型“保护环”，以保护这些敏感引脚免受辐射EMI进入传感节点。这可防止可能被解释为燃油表实际电流变化的差分电压偏移。所有的过滤器组件都需要尽可能靠近库仑计数器输入引脚。
　　热敏电阻连接
　　热敏电阻感应输入应包括一个陶瓷旁路电容器，该电容器应尽可能靠近TS输入引脚。当电压偏置电路在温度传感窗口周期性地脉冲时，电容器有助于过滤任何杂散瞬态的测量值。
　　大电流和小电流路径分离
　　为了获得最佳的噪声性能，将低电流和高电流回路分离到电路板布局的不同区域是非常重要的。燃油表和所有支撑部件应位于仪表板的一侧，并从感应电阻器处的大电流回路（用于测量目的）分接。将低电流接地布置在周围，而不是在大电流轨迹下，这将进一步有助于提高噪声抑制能力。
　　布局示例
　　
　　包装材料信息