笔记本电池保护电路知识（3）

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笔记本电池保护电路知识（3）（转载）

一、Ti 王者至尊

提到笔记本电池管理芯片，首推其霸主Ti，德州仪器。Ti占有全球市场超过80%以上的份额，是绝对的至尊老大，无人能撼！其典型的应用于笔记本电池的芯片有BQ2040 2060 208X 20Z80 等等。因为Ti并购了Benchmarq 公司，所以芯片名称为BQ打头。BQ的芯片在某种意义上讲相当于这个市场的一种规范，从功能，性能，甚至于应用。大家可以发现，你会在其他公司的芯片上发现到Ti芯片的影子，甚至是Utility的设置。自动或者被动的向Ti靠近，或者看齐已经成为了一种习惯，也是一种必然。对于笔记本电池来讲，其基于安全性的考量要远远超过成本的考量，所以成熟的产品会长期的使用下来。只有在稳定，成熟的前提下才可能会去考虑成本。

1.BQ2040
BQ2040采用16pin SOIC Narrow封装，只具有gas gauge的功能，支持镍镉，镍氢，锂离子电池。只支持SBS1.0协议，只可以驱动4个LED。需要外附加一个eeprom来储存芯片工作所需要用到的参数。2040没有Blancing的功能，另外一个bq2040没有通用GPIO口可以用来检测电池或者电芯的温度，只是芯片内部有一个sensor用来采集温度。BQ2040同时还无法测量每一个cell电压的功能。当然bq2040可以检测pack的电压，采用PB pin。因为2040的耐压限制，Vsb电压需要低于Vcc的电压，在电路结构上，为了保证电压检测的精度，需要采用2个高精度的1%的电阻来分压，当然需要根据电芯的串联数目来修改PB pin这边分压电阻的阻值。在检测电流方面，没有采用如同现在大部分芯片采用的结构一样，采用2个专用的pin来检测电流采样电阻2端的电压，而是只采用一个SR pin 与VSS来采集。因此可能会受到的干扰更大，精度会有影响。依据于一些网络收集的信息，2040采集电压是11bit ADC，采集电流是用12bit的VFC。bq2040监测电压与电流无法达到更高的精度，同时在校准电流的时候会经历漫长的时间。bq2040需要搭配另外一个保护芯片，通常为1414和8254。1414 和8254经过长期的使用，足以可说明其具有极高的稳定性，但是一些弊端也明显。比如OV UV的保护点,以及OV UV OC SC的延迟时间不可灵活设置，UV保护点偏低，还有OC，SC的不稳定性。调节OS SC的大小，需要采用其他的方法来实现。另外在EDV补偿方面，只有EDVF EDV1。不可以动态调整。

不可否认bq2040在相当长一段时期内是一个非常有代表性的芯片，他具备了一个gas gauge芯片的基础模型。同时也正是因为1414 和8254的成功，bq2040甚至一直延续到现在仍然在批量出货。

二：BQ2060

我对笔记本电池管理芯片的认识是从bq2060开始的。bq2060采用28pin 的ssop封装，相对于bq2040比较，增加了12个pin。首先增加了对pack内单cell 电压的检测，提供了可以对pack温度的检测。同时为了减少功耗，采用cvon Pin来控制一个mos来分配检测的时间，不检测的时候，就暂时关段检测通道（大概可以减少30uA左右的功耗）。增加了HDQ通讯，LED显示方面支持4或者5LED显示。bq2060对电流，电压，温度的检测采用15bit的ADC（bq2060好象只有1个ADC），检测电压方面，因为bq2060芯片本身耐压得限制（最大6v），采用电阻分压的方法。2060做了规定，cell3，cell4 分压比例为16：1，cell1 cell2 分压比例为8：1。精确的分压依赖于高精度的电阻（1%），同时698K与1.5兆的电阻叶有效的限制了浪涌电流，很好的保护了IC。需要注意的，cell3和cell4的测量最大电压20v，cell2，cell1测量最大电压为10v，但是这并不是2060ICpin的最大耐压。bq2060在电压检测精度方面不会很高，尤其是对于cell3和cell4电压的检测。这个主要源于分压电阻的精度和电压的检测方式。VCELL4=Vn4-Vn3 VCELL3=Vn3-Vn2 VCELL2=Vn2-Vn1 VCELL1=Vn1-Vsr 我们可以发现，当测量vcell4的时候，因为分压电阻的精度而带来的误差将会达到最大化。bq2060检测电流方面，通过SR1 SR2这2个PIN来检测sense resistor 两端的电压。与2040最大的区别就是将这2个pin 独立了出来，同时在外围电路增加了RC滤波电路。在电流检测精度方面，校准后，误差很小，基本上在5-10个mA以内。检测电流部分，需要注意采样电阻的选择，一般应该选择10-20mohm。阻值太大，检测分辨率会增加，但是自身功耗会增加，阻值太小则检测电流的精度会下降。另外注意对此电阻的温漂特性的关注，当然越小越好。在layout方面，这里至关重要，2条电流检测线，尽量平行，等长，最好via的数目都保持一致。 温度检测方面，bq2060采用了K氏温度单位，需要注意单位的换算。需要提及的Thermistor一定要用胶紧紧贴在cell上。因为容量的补偿将会非常依赖于所测得的温度。提到容量的补偿，这个其实就是整个所谓GAS GAUGE真正核心的地方。不同温度，放电电流，终止电压，不同老化程度的cell，所得到的补偿是不一样的。bq2060在2040的基础上作了修正，EDV也更名叫做CEDV，实现动态补偿。所谓动态补偿与固定补偿的区别，在于动态补偿可以当时根据放电电流，温度，内阻，老化因素等的参数来调整EDV2，EDV1，EDV0的数值，而EDV2的大小会关系到FCC的计算。而计算EDV2，1，0是通过一个函数式，需要通过对cell做实验，然后利用数学工具Mathcad计算出来。所做的实验主要是cell在高温，常温，低温3种温度下进行轻载和重载放电实验，然后通过Ti 提供的Utility EV2200-60将SBS寄存器的数据Log下来。通常在低温的时候，RSOC会跳变比较厉害，比如会突然从18%jump到7%，无法非常准确的将电池真实的RSOC反映出来。RSOC会在full charge的时候，根据放电的电流，以及自放电比率等下降，但是到放电到末期，当达到EDV2设定的电压，会被强行拉下来。我想这也许就是这种容量修正方法本身的局限性。但是不可否认，这种方法的高明之处。其实有的时候，浓缩的就是精华，Ti的这种看似简单的补偿方法，却也非常实用，Ti从来没有公开过自己的这种算法，这种算法也许就是浓缩于多年的实验数据，外加一些聪慧人士的高度提炼。在保护方面，bq2060于2040一样，需要依赖于其他的专用3/4串的保护芯片，比如1414和8254等。Ti其实也有自己的保护芯片，只是很少见有人会采用到。但是高于2040的是，bq2060在保护方面做了一些有益的尝试，采用cfc与dfc的Pin，来控制一个mosfet实现对power mosfet的控制。但是源于bq2060电压精度不是很高的问题，以及安全性的考虑，bq2060的保护功能那个只是定义为二级保护。一级保护仍然需要依赖于1414等芯片。bq2060内部没有集成driver电路，所以在一份Ti的应用手册内，对cfc和dfc的应用电路作了说明。但是，目前为止几乎没有在市面上见到有批量出货的产品会应用cfc 和dfc的功能，只能说鸡肋而已。bq2060定义，当电池在低温或者低压的时候，进入prechage模式，但是因为bq2060没有自己的driver电路，所以只可以发送信息到smart charger，依赖于charger才可以完成precharge功能。bq2060同时还广泛应用到了一些after market 市场。网上也能常常会看到bq2060+xxxx方案的讨论。到目前为止，bq2060已经在市场在风云7-8年，在相当长的一段时间内是市场上绝对的生力军。bq2060就这样和1414，8254在很长一段时间内同床共枕，休戚与共。但是事实上，Ti并不乐意眼睁睁看着1414 和8254与自己一起分享这块蛋糕，他们也在一直努力向客户推广自己的保护芯片，但是收效甚微。终于，Ti推出了自己208x系列，这是一种技术进步和市场经济共同作用的必然，也正是随着208x的推出，告别了此前gas gauge ic 和保护ic独立工作的时代。在208x系列中，2个芯片互为依赖，互相作用。Ti终于将这份蛋糕实行了垄断，同时实现了利益最大化。

[ 本帖最后由 荞麦皮 于 2008-5-12 17:41 编辑 ]