1,、引言
近年來，便攜式電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展促進(jìn)了電池技術(shù)的更新?lián)Q代,。鋰離子電池由于其具有高能量密度,、長壽命、低自放電率,、無污染等特性,，迅速成為市場的主流電池產(chǎn)品。為了防止電池出現(xiàn)過充電或過放電狀態(tài),、保證電池的安全性能和避免出現(xiàn)電池特性惡化現(xiàn)象,，必須在鋰離子電池組中安裝保護(hù)電路[1]。同時要鋰電池能夠穩(wěn)定可靠的為設(shè)備提供能量,，對于電池的智能檢測與監(jiān)控是必須考慮的環(huán)節(jié),。鋰電池供電是現(xiàn)代便攜式設(shè)備最合適的供電方案，但其充放電安全性不如鎳鉻電池,、鎳氫電池及普通一次性干電池的傳統(tǒng)電源[5]。如果充放電方法不對,，將會導(dǎo)致鋰電池發(fā)生安全問題,，甚至爆炸，故鋰電池有必要加入監(jiān)控電路以實時監(jiān)控充放電過程[4],。本文以珠海炬力SOC芯片ATJ2085來設(shè)計鋰電池的外圍檢測系統(tǒng),，該設(shè)計方案以微處理器作為各種功能控制的核心, 除了對鋰離子電池組提供過充、過放,、過流保護(hù)外, 還可有效的對鋰離子電池組內(nèi)各單節(jié)鋰電的充,、放電提供平衡保護(hù)、能夠?qū)崟r檢測出電池所處狀態(tài)并對鋰電池進(jìn)行保護(hù),。
2,、ATJ2085的電池監(jiān)測的功能的使用[6] [7]
ATJ2085為LQFP封裝，64針腳,，采用內(nèi)嵌式的M
CU和24-bit DSP雙處理器體系結(jié)構(gòu),，分別完成針對操作事件控制和多媒體數(shù)據(jù)編/解碼算法的系統(tǒng)級優(yōu)化，通過數(shù)模混合信號技術(shù),，在單一硅片上集成了高精度ADC/DAC轉(zhuǎn)換器,、USB控制器，實時時鐘RTC等,。支持USB2.0(FULLSPEED),，支援MP3/WMA/WAV/WMV/ASF等格式媒體播放；支持MTV電影播放,；支持JPG,、GIF、BMP圖片瀏覽,。其系統(tǒng)集成度高,，外圍應(yīng)用電路簡單，擁有功能完善而成熟的開發(fā)工具和環(huán)境,。
在ATJ2085中,，電池電壓從電池電壓檢測引腳VBATPIN輸入，VBAT的電壓范圍小于3.0伏,，所以無論一節(jié)堿性電池（1.5V）供電還是兩節(jié)堿性電池（3.0V）供電,，在外部電池供電電壓小于3.0伏時外部都無需要加分壓電阻。ATJ2085中有一個4bit的ADC,，它把0.9-1.5伏之間的電壓16等分為：0.90V,，0.94V，0.98V,，1.02V,，1.06V，1.10V,，1.14V,，1.18V，1.22V,，1.26V,，1.30V，1.34V,，1.38V,，1.42V，1.46V,，1.50V,。當(dāng)電池電壓大于3.0伏供電時，BATSEL接高電平,，決定了從VBATPIN腳輸入的電壓在比較前會被分壓,。并且A/D變換出來的數(shù)值會每2秒一次被記錄在IO PORT(D8H).BIT[3:0]里,，這樣軟件就可以讀回IO PORT(D8H)中的值，與功能規(guī)格表（表1）中的值作比較,，來確定要顯示的電池電量及采取的動作,。很明顯ATJ2085能在更多點(diǎn)上監(jiān)測電池電壓。
表1 功能規(guī)格表
舉例如下：
假設(shè)VL0>VL1>VL2>VL3,，電池電量顯示為3格
選VL0=1.30V, 即IO PORT(D8H).BIT[3:0]=0AH,，
VL1=1.10V, 即IO PORT(D8H).BIT[3:0]=05H，
VL2=0.98V, 即IO PORT(D8H).BIT[3:0]=02H,，
當(dāng)VBAT>VL0時,，電池電量顯示為滿格；
當(dāng)VL0>VBAT>VL1時,，電池電量顯示為缺1格,；
當(dāng)VL1>VBAT>VL2時，電池電量顯示為缺2格,；
當(dāng)VBAT
另外,，當(dāng)電池的電壓低于某個電壓時(假設(shè)VL2),軟件把一些耗電大的電路關(guān)斷（利用IO PORT控制）,，如DSP,DAC等等。當(dāng)VBAT PIN腳上的電壓低于LBD PIN腳的電壓時,，ATJ2085仍會被無條件復(fù)位,。
3、電池檢測系統(tǒng)設(shè)計
3.1 電路設(shè)計
在本文中檢測電路僅僅列出鋰電池檢測電路的原理圖,該設(shè)計考慮到了鋰電池的過壓特性,，于是選用SC805電池檢測芯片來進(jìn)行硬件電路的設(shè)計。如下圖所示,，電路圖一部分是對于USB充電和過壓的保護(hù)設(shè)計,，另一部分為電池電量檢測
圖1 檢測電路
正如ATJ2085的電池監(jiān)測的功能的使用描述一樣，需要在電池兩端連接電阻R424和電阻R422（理想狀態(tài)下電阻R424和電阻R422比值應(yīng)該為1：2）來分壓,。但是考慮到非理想ADC的量化間隔是非等寬的,，這勢必導(dǎo)致ADC器件不能完全正確地把模擬信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二進(jìn)制碼，從而造成信噪比的下降,；且ADC每個量化的二進(jìn)制碼所對應(yīng)的量化間隔都不同,，為了使設(shè)計的系統(tǒng)參數(shù)盡可能準(zhǔn)確,，我們需要克服微分非線性量化誤差[3]。于是需要調(diào)整R424和R422的組值（如圖1所示）,。
3.2 電壓檢測
ATJ2085內(nèi)部有一個4 Bit非理想 ADC.作為檢測電源電壓之用,。此4 bit ADC可以根據(jù)固件(F/W)設(shè)定的電壓值，產(chǎn)生LB-和LBNMI-信號,。對于鋰電池,，由于自身特性不可能使產(chǎn)生的電壓直接可以達(dá)到0～1.5，需要利用如下公式分壓：
將分壓后的值與鋰電池實際值進(jìn)行對應(yīng),，其電壓檢測如表2所示：
表2 鋰電池電壓檢測表
通過硬件后可以將表2的值對應(yīng)到表1中去通過調(diào)用以下軟件流程進(jìn)行處理,。
3.3 軟件流程
該檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖2所示：
首先清watchdog，然后通過GPIO_A0檢測USB狀態(tài),，接下來進(jìn)行充電引腳GPIO確認(rèn)并開始充電,，充電時將GPIO_A0(如檢測電路圖)寄存器的對應(yīng)位置高電平，同時利用GPIO_B6進(jìn)行電池狀態(tài)檢測[6][7],。當(dāng)需要對4位ADC寄存器讀寫數(shù)據(jù)時,，需要設(shè)置其端口值參數(shù)，通過電池狀態(tài)檢測后,，最后將檢測到的電池參數(shù)通過顯示函數(shù)顯示在LCD上,。
其初始化代碼如下：
output8(0x4e,input8(0x4e)|0x08)//清watchdog
output8(0xee,input8(0xee)|0x01); //初始化端口參數(shù)，開始充電
output8(0xf0,input8(0xf0)&0xbf);
output8(0xf1,input8(0xf1)|0x40);
output8(0xee,input8(0xee)& 0xfe);
if((input8(0x50)&0x40)!=0x40)
if(!(input8(0xee)&0x04)) //防止充電黑屏后拔掉USB不開
4,、結(jié)束語
通過該方法設(shè)計的鋰電池檢測系統(tǒng)不僅可以有效防止電池的過壓,、過充、過放,、過溫,，同時可以智能監(jiān)控電池的電壓狀態(tài)；該設(shè)計方案簡單易行,，穩(wěn)定可靠,，對于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計與研發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義和實踐價值。該方法的創(chuàng)新之處在于不管外接干電池,、鋰電池還是鎳氫電池均可以用該電路設(shè)計方法對電池進(jìn)行監(jiān)控,。
參考文獻(xiàn)：
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[5] 李凱，張斌,，一種新型智能動力鋰電池組能源管理模塊[J],，微計算機(jī)信息 2006年第9-1期
[6] Actions ATJ2085 Data sheet Version 1.0, 2004
[7] Actions ATJ2085 Programming Guide, Version 2.7 ,2004