ltc6803概述
LTC6803是一款第二代高壓電池監(jiān)視器。2011年2月22日–凌力爾特公司(Linear Technology Corporation) 推出第二代高壓電池監(jiān)視器LTC?6803,該器件面向混合動力/電動汽車(HEV)、電動汽車(EV)以及其他高壓、高性能電池系統(tǒng)。LTC6803是一款完整的電池測量IC,包含一個(gè)12位ADC、一個(gè)精確的電壓基準(zhǔn)、一個(gè)高壓輸入多路復(fù)用器和一個(gè)串行接口。每個(gè)LTC6803都能測量多達(dá)12個(gè)串聯(lián)連接的獨(dú)立電池單元。該器件的專有設(shè)計(jì)使多個(gè)LTC6803能串聯(lián)疊置,而無需光耦合器或隔離器,從而允許對長串串聯(lián)連接電池中的每一節(jié)電池進(jìn)行精確的電壓監(jiān)視。
LTC6803芯片特點(diǎn)
可測量多達(dá)12 個(gè)串聯(lián)電池的電壓
可堆疊式架構(gòu)
可支持多種電池化學(xué)組成和超級電容器
至相鄰器件的串行接口菊式鏈接
0.25% 的最大總測量誤差
專門針對符合ISO26262 標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)
可在 13ms 完成一個(gè)系統(tǒng)中所有電池的測量
無源電量平衡:
― 集成型電量平衡 MOSFET
― 能夠驅(qū)動外部平衡 MOSFET
具數(shù)據(jù)包誤差檢驗(yàn)功能的 1MHz 串行接口
可在電池隨機(jī)連接的情況下保持安全
內(nèi)置自測試功能電路
具內(nèi)置噪聲濾波器的 ΔΣ 轉(zhuǎn)換器
導(dǎo)線開路連接故障檢測
抗 EMI 的能力高
44 引腳 SSOP 封裝
LTC6803的命令格式
LTC6803的應(yīng)用領(lǐng)域
電動汽車和油電混合動力汽車
高功率便攜式設(shè)備
后備電池系統(tǒng)
電動自行車、摩托車、單腳滑行車
ltc6803絕對最大值
ltc6803引腳及功能
為了確保與LTC6802-1 的引腳兼容性,LTC6803-1 被配置為在內(nèi)部將底端電池輸入(C0)與負(fù)電源電壓V-相連。LTC6803-3提供了一種獨(dú)特的引出腳配置,具有一個(gè)用于底端電池的輸入(C0)。這一簡單的引腳功能差異為提升第一節(jié)電池(cell 1)的測量準(zhǔn)確度、增強(qiáng)SPI噪聲耐受性及簡化布線提供了可能。更多信息請見應(yīng)用信息部分中標(biāo)題為“在CO上進(jìn)行開爾文(Kelvin) 連接的優(yōu)勢”的相關(guān)描述。
CSBO (引腳1) :芯片選擇輸出(低態(tài)有效)。CSBO是芯片選擇輸入CSBI的一個(gè)緩沖版本。CSBO負(fù)責(zé)驅(qū)動菊鏈中的下一個(gè)IC。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
SDOI(引腳2):串行數(shù)據(jù)1/0引腳。SDOI在其與菊鏈中下一個(gè)IC之間來回傳送數(shù)據(jù)。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
SCKO (引腳3):串行時(shí)鐘輸出。SCKO是SCKI的一個(gè)緩沖版本。SCKO用于驅(qū)動菊鏈中的下一個(gè)IC。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
V+(引腳4):正電源。引腳4可連接至電池組中的最高正電壓或一個(gè)隔離式電源。在正常工作條件下,V+必須大于電池組中的最高正電壓。當(dāng)接至隔離式電源時(shí),可簡單地通過斷開V+來關(guān)斷LTC6803。
C12、C11、C10、C9、C8、C7、C6、C5、C4、C3、C2、C1 (引腳5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25、27):C1至C12是用于監(jiān)視電池電壓的輸入。對于LTC6803-1,底端電池的負(fù)端子連接至引腳V- (而對于LTC6803-3則連接至引腳CO)。次最低電壓連接至C1,依次類推。有關(guān)將電池連接至LTC6803-1和LTC6803-3的更多詳情,請見“應(yīng)用信息”部分中的插圖。LTC6803能監(jiān)視多達(dá)12節(jié)串聯(lián)連接的電池。串接的每節(jié)電池都必須具有一個(gè)大于或等于位于其下方之電池電壓的共模電壓。允許100mV的負(fù)電壓。
S12、S11、S10、S9、S8、S7、S6、S5、S4、S3、S2、S1 (引腳6、8、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28):S1至S12引腳用于平衡電池組里的電池。如果串聯(lián)電池中的一節(jié)電池過度充電,則S輸出的內(nèi)部可用于對該節(jié)電池進(jìn)行放電。每個(gè)S輸出的內(nèi)部具有一個(gè)用于放電N溝道MOSFET。見“方框圖”。該NMOS的最大導(dǎo)通電阻為20Q。應(yīng)把一個(gè)外部電阻器與NMOS相串聯(lián),以在LTC6803封裝的外部散逸熱量。當(dāng)采用內(nèi)部NMOS對電池放電時(shí),應(yīng)監(jiān)視芯片溫度。見“應(yīng)用信息”部分中的“功率耗散和熱停機(jī)”。此外,S引腳的內(nèi)部還具有一個(gè)上拉PMOS。這使S引腳能用于驅(qū)動外部MOSFET的柵極,以獲得較高的放電能力。
C0 (LTC6803-3上的引腳29):底端電池的負(fù)端子。C0與V-形成了開爾文(Kelvin)連接,可消除V-印制線上的電壓降所產(chǎn)生的影響。
V- (LTC6803-1 上的引腳29/LTC6803-3 。上的引腳30):把V-連接至串聯(lián)電池組中的最負(fù)電壓。
NC(LTC6803-1上的引腳30/LTC6803-3.上的引腳31):該引腳未被使用并在內(nèi)部通過109電阻連接至V-。它可被置于懸空狀態(tài)或連接至PCB上的V-。
VTEMP1、VTEMP2(LTC6803-1上的引腳31、32/LTC6803-3. 上的引腳32、33):溫度傳感器輸入。ADC負(fù)責(zé)測量VTEMPn上的電壓(相對于V7)并將測量結(jié)果存儲于TMP寄存器中。ADC測量以VREF引腳電壓為基準(zhǔn)。因此,可以采用連接至VREF引腳的熱敏電阻與電阻器的簡單組合來監(jiān)溫度。VTEMP輸入也可以是通用的ADC輸入。可測量介于0V至5.125V (相對于V-)的任何電壓。
VREF (LTC6803-1上的引腳33 / LTC6803-3上的引腳34):3.065V電壓基準(zhǔn)輸出。該引腳應(yīng)采用一個(gè)1pF電容器進(jìn)行旁路。VREF引腳能驅(qū)動一個(gè)連接至V-的100k阻性負(fù)載。較大的負(fù)載應(yīng)采用一個(gè)LT6003運(yùn)算放大器或相似器件加以緩沖。
VREG (LTC6803-1上的引腳34 1 LTC6803-3上的引腳35):線性穩(wěn)壓器輸出。該引腳應(yīng)采用一個(gè)1pF電容器進(jìn)行旁路。VREG能向一個(gè)外部負(fù)載提供高達(dá)4mA的電流。VREG引腳不吸收電流。
TOS (LTC6803-1.上的引腳 35/ LTC6803-3上的引腳36):電池組頂端輸入。當(dāng)LTC6803-1或LTC6803-3是菊鏈中的頂端器件時(shí),將TOS連接至VREG。否則,將TOS連接至V-。當(dāng)TOS被連接至VREG時(shí),LTC6803-1或LTC6803-3將忽略SD0I輸入,而且SCKO、CSBO被關(guān)斷。當(dāng)TOS被連接至V一時(shí),LTC6803-1或LTC6803-3預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)將被傳送至SDOI引腳及從SDOI引腳輸出。
NC (LTC6803-1. 上的引腳36):不連接。
WDTB(引腳37):看門狗定時(shí)器輸出(低態(tài)有效)。如果連續(xù)1至2.5s未接收到有效命令,則WDTB輸出被置為有效。WDTB引腳是一個(gè)漏極開路NMOS輸出。當(dāng)其被置為有效時(shí),它將輸出下拉至V-并把配置寄存器復(fù)位至其默認(rèn)狀態(tài)。
GPI01、GPI02(引腳38、39):通用輸入/輸出。通過把一個(gè)“0”寫入一個(gè)GPIO配置寄存器位,漏極開路輸出被啟動且該引腳被拉至V-。通過將邏輯“1”寫入配置寄存器位,對應(yīng)的GPIO引腳呈高阻抗。需要一個(gè)外部電阻器將該引腳拉至高達(dá)VREG。通過讀取配置寄存器存儲單元GPI01和GPI02的信息,即可確定這些引腳的狀態(tài)。例如:倘若一個(gè)“0”被寫至寄存器位GPI01,則始終回讀一個(gè)“0”,這是因?yàn)檩敵鯪溝道MOSFET將引腳38拉至V-。如果一個(gè)“1”被寫至寄存器位GPIO1,則引腳變至高阻抗。視引腳38上的電壓的不同,回讀一個(gè)“1”或“0”。LTC6803可通過GPIO接通1關(guān)斷其周圍的電路,或者從周圍的某個(gè)電路讀取邏輯值。GPIO引腳不用時(shí)應(yīng)連接至V-。
VMODE (引腳40):電壓模式輸入。當(dāng)VMoDE連接至VREG時(shí),SCKI、SDI、SDO和CSBI引腳被配置為電壓輸入和輸出。這意味著這些引腳可接受標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平。當(dāng)LTC6803-1或LTC6803-3是菊鏈中的底端器件時(shí),把VMoDE連接至VREG。當(dāng)VMoDE連接至V-時(shí),SCKI、SDI和CSBI引腳被配置為電流輸入和輸出,而SDO未使用。當(dāng)LTC6803-1或LTC6803-3由菊鏈中的另一個(gè)LTC6803-1或LTC6803-3進(jìn)行驅(qū)動時(shí),把VMDE連接至/-。
SCKI(引腳41):串行時(shí)鐘輸入。倘若VMDE連接至VREG‘則SCKI引腳可連接至任何邏輯門(TTL電平)。假如VMODE連接至V-,那么SCKI必須由另一個(gè)LTC6803-1或LTC6803-3的SCKO引腳驅(qū)動。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
SDI(引腳42) :串行數(shù)據(jù)輸入。如果VMODE連接至VREG,則SDI引腳可連接至任何邏輯門(TTL電平)。如果VMODE連接至V-,那么SDI必須由另一個(gè)LTC6803-1或LTC6803-3的SDOI引腳驅(qū)動。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
SD0(引腳43):串行數(shù)據(jù)輸出。倘若VMODE連接至VREG,則SDO引腳是一個(gè)NMOS漏極開路輸出。在SDO上需要布設(shè)一個(gè)上拉電阻器。如果VMODE連接至V-,則不使用SDO引腳。對于那些非堆棧底端的器件,當(dāng)從堆棧讀取數(shù)據(jù)時(shí),SDI是一個(gè)數(shù)據(jù)輸出。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
CSBI (引腳44) :芯片選擇(低態(tài)有效)輸入。假如VMoDE連接至VREG:則CSBI引腳可連接至任何邏輯門(TTL電平)。如果VMODE連接至V-,那么CSBI必須由另一個(gè)LTC6803-1或LTC6803-3的CSBO引腳驅(qū)動。見“應(yīng)用信息”部分中的“串行端口”。
ltc6803方框圖
ltc6803時(shí)序圖
ltc6803封裝
ltc6803應(yīng)用電路
應(yīng)用電路一:
應(yīng)用電路二:
通用的VTEMP ADC輸入可用于對任何0V至4V信號進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,其準(zhǔn)確度與第1節(jié)電池的ADC輸入緊密對應(yīng)。提供的一個(gè)有用信號是高準(zhǔn)確度電壓基準(zhǔn),例如:來自LTC6655-3.3的3.300V。利用該信號的周期性讀數(shù),主機(jī)軟件能校正LTC6803讀數(shù),以把準(zhǔn)確度提升至超過內(nèi)部LTC6803基準(zhǔn)的水平和/或驗(yàn)證ADC操作。圖20示出了一種在LTC6803-1的GPI01輸出的控制下,優(yōu)先選擇利用電池組對一個(gè)LTC6655-3.3進(jìn)行供電的方法。如果由VREG供電,那么基準(zhǔn)IC的操作功耗將給LTC6803增加明顯的熱負(fù)載,因此采用一個(gè)外部高電壓NPN傳輸晶體管從電池組形成一個(gè)局部4.4V電源(Vbe低于VREG)。GPI01信號負(fù)責(zé)控制一個(gè)PMOS FET開關(guān),以在即將執(zhí)行校準(zhǔn)時(shí)啟動基準(zhǔn)。由于GPIO信號在停機(jī)模式中默認(rèn)至邏輯高電平,因此在空閑周期中基準(zhǔn)將自動關(guān)斷。
另一個(gè)有用的信號是電池組的總電壓值。這可在正常采集過程中出現(xiàn)操作故障時(shí)提供一種冗余的可用電池測量,或作為一種更加快捷的監(jiān)視整個(gè)電池組電壓的方法。圖21示出了怎樣采用一個(gè)阻性分壓器來獲得完整電池組電壓的比例表示。當(dāng)IC進(jìn)入待機(jī)模式時(shí)(即:當(dāng)WDTB變至低電平時(shí)),采用一個(gè)MOSFET使電池組上的阻性負(fù)載斷接。圖中示出了一個(gè)LT6004微功率運(yùn)算放大器部分,用于緩沖分壓器信號以保持準(zhǔn)確度。該電路的優(yōu)點(diǎn)是:其轉(zhuǎn)換頻度大約可以比整個(gè)電池陣列的快4倍,因而提供了一個(gè)較高的采樣速率選項(xiàng)(代價(jià)則是精度/準(zhǔn)確度略有下降),從而為校準(zhǔn)與電池平衡數(shù)據(jù)保留了高分辨率電池讀數(shù)。