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电池电压检测器及其应用

MIC2755是MICREL公司2000年2月份推出的新器件,是一种新型电池电压检测器芯片。它设计用来监控便携数字系统的电池,如用于个人数字助理(PDA)、寻呼机、便携式电子仪器、嵌入式控制器及消费类电子设备等。该器件能检测电池或电池组三种不同状态:电池电压良好、电池低电压及电池失效;并将有关信号输入电源(线性稳压器或DC/DC变换器)或微控制器(μC)或微处理器(μP),以防止电池电压不正常而影响整个系统工作或电池过放电而损害电池寿命。

---- 该器件主要特点有:阈值电压可根据不同情况进行设定;电压阈值精度高,典型值±2%;上电复位时间(最小值为700ms);有手动复位功能;工作电流极低,典型值为2μA;输出电压能高于VDD(最大值为7V);工作电压VDD为1.5V~5.5V;可免除暂短的电源瞬变干扰;工作温度范围-40~+85℃;8引脚小尺寸MSOP封装。

管脚排列与功能

---- MIC2755的管脚排列如图1所示。各管脚功能如表1所示。

管脚 符号 名称及功能
1 RTH(MR) 复位阈值电压检测端。在此阈值电压以上表示“电池良好”。上电后,若电池良好,相应输出RST复位信号。MR为手工复位,低电平有效。
2 NTH 不可屏蔽中断阈值电压检测端。当电池电压降到此阈值电压时,表示“电池低电压”,相应输出NMI信号(低电平有效)
3 PTH 关机阈值电压检测端。当电池电压降到此阈值电压,表示“电池已失效”,要更换电池。相应输出POF信号(低电平有效)
4 GND 电源及信号地端
5 POF 关机信号输出端。内部为开漏结构,外部加一上拉电阻,低电平有效。此端可控制开关电源或线性电源EN端或SHDN端,使电源关闭
6 NMI 不可屏蔽中断输出端。内部为开漏结构,外部加一上拉电阻,低电平有效,一般此端接单片机中断输入端
7 RST 复位信号输出端。开漏结构,外加上拉电阻,低电平有效,在上电时或VPTH降到VREF时,低电平保持大于700ms。手工复位时(低电平有效,低电平保持175ms以上)
8 VDD 电源正极输入端(1.5~5.5V)


图1: MIC2755管脚排列图

内部结构及时序

---- MIC2755的内部结构框图如图2所示。它由多个电压比较器、基准电压源(VREF1及VREF2)、振荡器、逻辑状态电路、驱动器及开漏结构输出等组成。基准电压或基准电压的分压值与电池的分压值作比较,分别检测电池电压良好(VBAT (ok))、电池低电压(VBAT (low))及电池失效(VBAT(dead))电压并输出相应的信号RST、NMI及POF。


图2: MIC2755内部结构框图


图3: MIC2755时序图

---- MIC2755的时序图如图3所示。图中可以看到瞬态电压变化造成的电压尖脉冲虽已超过阈值电压,但并不影响输出状态。图中VMR是手动复位时在RTH(MR)端的电压。在手工复位时,迫使此端为低电平。若其低电平的时间小于tDBNC(最小值为22ms),则无效;只有当低电平时间大于tDBNC时,复位输出端才出现175ms的手工复位低电平信号(tMR)。

---- 图中较清楚地示出了电池电压VBAT的下降及上升过程及相应输出端的电平变化。

---- 典型应用电路如图4所示。这是一个电池供电系统,其中IC1为MIC2755、IC2为开关型DC/DC变换器或线性稳压器(带使能端EN或关闭控制端SHDN)、IC3为μP。该电源系统由4.2V锂离子电池供电,经降压式DC/DC变换器或线性低压差(LDO)稳压器稳压后输出3.0电压,供μC或μP及其它电路供电(其它电路在图中未示出)。电池良好电压VBAT(ok)的阈值电压设为3.6V、电池低电压VBAT(low)的阈值电压设为3.1V、电池的失效电压VBAT(dead)的阈值电压设为2.9V。阈值由R1、R2组成的分压器及R3、R4、R5组成的分压器来设定。


图4: MIC2755应用电路1

---- 由MIC2755来检测电池的电压,上电后电池电压良好,RST输出上电复位信号,使系统正常运作;当检测到电池低电压时,NMI发出中断信号(说明电池已到终止放电,应对电池充电或更换);当检测到电池失效电压时,POF端输出低电平去关闭电源,使整个系统停止工作。图中SW为手动复位按钮。R6~R8为上拉电阻。

---- 设定阈值电压的R1~R5的计算

---- R1~R5的阻值可按下公式计算

---- VBAT(ok)=VREF(R1+R2/R2)                 (1)

---- VBAT(low)=VREF(R3+R4+R5/R5)             (2)

---- VBAT(dead)=VREF(R3+R4+R5/R4+R5)         (3)

---- 式中VREF=1.24V。

---- 计算时,可先设R1+R2=1MΩ,代入(1)式可求出R2,然后用R1+R2=1MΩ求出R1。

---- 在计算R3~R5时,可先设R3+R4+R5=1MΩ,代入(2)式可求出R5,将求出R5代入(3)式中求出R4,最后按R3=1MΩ-R4-R5求得R3。

---- 例如,VBAT(ok)=3.6V,设R1+R2=1MΩ,则由(1)式得

---- 3.6V=1.24V(1M Ω/R2)

---- 得R2=344kΩ,R1=1M-344k=656kΩ

---- 设VBAT(low)=3.1V,R3+R4+R5=1MΩ

---- 代入(2)式

---- 3.1V=1.24V(1M Ω/R5)

---- 则R5=400kΩ,

---- 设VBAT(dead)=2.9V,代入 (3)式

---- 2.9V=1.24V(1M/R4+400k Ω)

---- 得R4=27.58kΩ(取27kΩ),则R3=1MΩ-400kΩ-27kΩ=573kΩ。

---- 一种由1节锂离子电池供电,采用MIC3172回扫式DC/DC变换器稳压输出3.3V电压,由MIC2755对电池电压进行检测组成电池供电系统,如图5所示。


图5: MIC2755应用电路2

---- VBAT(ok)、VBAT(low)及VBAT(dead)的设定与上例相同,其有关电阻的计算也相同。 

 

 


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