DS2788：獨(dú)立燃油表IC的全方位解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池管理是至關(guān)重要的一環(huán)。今天，我們就來深入探討一款名為DS2788的獨(dú)立燃油表IC，它在鋰電池管理方面有著出色的表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

DS2788主要用于測(cè)量電壓、溫度和電流，并估算可充電鋰離子（Li+）和鋰聚合物電池的可用容量。它把計(jì)算所需的電池特性和應(yīng)用參數(shù)存儲(chǔ)在片上EEPROM中，其可用容量寄存器會(huì)根據(jù)當(dāng)前溫度、放電率、存儲(chǔ)電荷和應(yīng)用參數(shù)，保守估計(jì)可移除的電荷量，以mAh剩余量和滿電量百分比的形式呈現(xiàn)。此外，它還配備了LED顯示驅(qū)動(dòng)器和去抖輸入，方便顯示容量信息，LED引腳可直接吸收電流，只需一個(gè)電阻就能設(shè)置LED顯示屏的電流，有效減少了空間和成本。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

DS2788的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、不間斷電源和數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域?qū)﹄姵毓芾淼囊筝^高，DS2788的特性正好滿足了它們的需求。

三、產(chǎn)品特性

3.1 顯示驅(qū)動(dòng)與控制

• 具備五個(gè)30mA的開漏驅(qū)動(dòng)器，可用于驅(qū)動(dòng)LED燃油表顯示屏。
• 去抖燃油表顯示使能功能，確保顯示的穩(wěn)定性。

  3.2 測(cè)量與校準(zhǔn)

• 內(nèi)部電壓測(cè)量增益寄存器可微調(diào)外部分壓器。
• 有引腳用于驅(qū)動(dòng)FET，僅在電壓測(cè)量期間啟用分壓器，節(jié)省功耗。
• 擁有精密的電壓、溫度和電流測(cè)量系統(tǒng)。
• 具備準(zhǔn)確、溫度穩(wěn)定的內(nèi)部時(shí)基。

  3.3 容量估算與預(yù)警

• 能根據(jù)庫侖計(jì)數(shù)、放電率、溫度和電池單元特性，準(zhǔn)確估算絕對(duì)和相對(duì)容量。
• 可精確預(yù)警低電量狀況。

  3.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份

• 自動(dòng)將庫侖計(jì)數(shù)和老化估算備份到非易失性（NV）EEPROM中。
• 增益和溫度系數(shù)校準(zhǔn)允許使用低成本的檢測(cè)電阻。

  3.5 內(nèi)存與接口

• 擁有24字節(jié)的電池/應(yīng)用參數(shù)EEPROM和16字節(jié)的用戶EEPROM。
• 具備唯一ID和多節(jié)點(diǎn)1-Wire?接口。

  3.6 封裝形式

  采用14引腳TSSOP封裝。

四、電氣特性

4.1 絕對(duì)最大額定值和推薦直流工作特性

• 任何引腳相對(duì)于VSS的電壓范圍為 -0.3V至 +6.0V，VIN、VMA相對(duì)于VSS的電壓范圍為 -0.3V至VDD + 0.3V，DVSS到VSS的電壓范圍為 -0.3V至 +0.3V，LED1 - 5每個(gè)引腳的電流最大為60mA。
• 工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，存儲(chǔ)溫度范圍為 -55°C至 +125°C。

  4.2 直流電氣特性

• 工作電流方面，ACTIVE模式下典型值為95μA，SLEEP模式下典型值為3μA。
• 輸入輸出邏輯電平有明確規(guī)定，如輸入邏輯高電平（DQ、PIO）為1.5V，輸入邏輯低電平（DQ、PIO）為0.6V等。

  4.3 溫度、電壓、電流測(cè)量特性

• 溫度分辨率為0.125°C，誤差為 ±3°C。
• 電壓分辨率為4.88mV，滿量程為0 - 4.5V，誤差為 ±50mV。
• 電流分辨率為1.56μV，滿量程為 ±51.2mV，電流增益誤差為 ±1%滿量程，電流偏移誤差在一定條件下有相應(yīng)范圍。

  4.4 1-Wire接口特性

• 標(biāo)準(zhǔn)模式和過驅(qū)動(dòng)模式下，各時(shí)間參數(shù)如時(shí)間槽、恢復(fù)時(shí)間、寫0低時(shí)間、寫1低時(shí)間、讀數(shù)據(jù)有效時(shí)間、復(fù)位時(shí)間高、復(fù)位時(shí)間低、存在檢測(cè)高和存在檢測(cè)低等都有明確規(guī)定。

五、引腳說明

DS2788的引腳功能豐富，每個(gè)引腳都有其特定的作用：

• LED1 - 5：顯示驅(qū)動(dòng)器，連接到與VDD相連的LED，用于顯示相對(duì)電池組容量。
• DVSS：顯示接地，為L(zhǎng)ED顯示驅(qū)動(dòng)器提供接地連接。
• VDD：電源輸入，通過去耦網(wǎng)絡(luò)連接到電池單元的正極端。
• OVD：1-Wire總線速度控制，輸入邏輯電平選擇1-Wire總線的速度。
• VSS：設(shè)備接地，直接連接到電池單元的負(fù)極端，檢測(cè)電阻連接在VSS和SNS之間。
• DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出，1-Wire數(shù)據(jù)線，開漏輸出驅(qū)動(dòng)器。
• VMA：電壓測(cè)量激活，在電壓轉(zhuǎn)換開始前輸出高電平，轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)輸出低電平。
• SNS：檢測(cè)電阻連接，連接到電池組的負(fù)極端。
• VIN：電壓檢測(cè)輸入，通過該輸入引腳監(jiān)測(cè)電池單元的電壓。
• PIO：可編程I/O引腳，可配置為輸入或輸出，用于監(jiān)測(cè)或控制用戶定義的外部電路。

六、詳細(xì)工作原理

6.1 電源模式

DS2788有ACTIVE和SLEEP兩種電源模式。上電時(shí)默認(rèn)進(jìn)入ACTIVE模式，此模式下可進(jìn)行測(cè)量和容量估算。SLEEP模式可通過兩種方式進(jìn)入：一是設(shè)置PMOD位且DQ低電平持續(xù)tSLEEP（標(biāo)稱2s）；二是設(shè)置UVEN位，當(dāng)VIN電壓低于VSLEEP（標(biāo)稱2.45V）且DQ在tSLEEP內(nèi)保持穩(wěn)定的高低邏輯電平時(shí)進(jìn)入。在SLEEP模式下，可節(jié)省功耗，同時(shí)保留寄存器內(nèi)容。

6.2 測(cè)量功能

• 電壓測(cè)量：在VIN輸入相對(duì)于VSS的0 - 4.5V范圍內(nèi)測(cè)量電池電壓，分辨率為4.88mV，結(jié)果每440ms更新一次并存儲(chǔ)在電壓寄存器中。VMA引腳在電壓轉(zhuǎn)換開始前tPRE時(shí)間驅(qū)動(dòng)為高電平，可使外部開關(guān)元件啟用分壓器。
• 溫度測(cè)量：使用集成溫度傳感器測(cè)量電池溫度，分辨率為0.125°C，每440ms更新一次并存儲(chǔ)在溫度寄存器中。
• 電流測(cè)量：在ACTIVE模式下，通過測(cè)量低阻值電流檢測(cè)電阻RSNS兩端的電壓降來測(cè)量電池的電流，電壓檢測(cè)范圍為 ±51.2mV，ADC以18.6kHz采樣輸入，每3.515s更新一次電流寄存器。
• 平均電流測(cè)量：平均電流（IAVG）寄存器報(bào)告前28秒的平均電流水平，每28s更新一次。

  6.3 電流相關(guān)特性

• 電流偏移偏置：電流偏移偏置（COB）寄存器可對(duì)原始電流測(cè)量值添加可編程偏移值，用于校正靜態(tài)偏移誤差或有意改變電流結(jié)果。
• 電流偏移校正：每1024次轉(zhuǎn)換，ADC測(cè)量其輸入偏移以進(jìn)行偏移校正，大約每小時(shí)進(jìn)行一次。
• 電流測(cè)量校準(zhǔn)：可通過RSGAIN寄存器調(diào)整電流測(cè)量增益，該寄存器出廠已校準(zhǔn)，用戶也可重新編程以提高測(cè)量精度。
• 檢測(cè)電阻溫度補(bǔ)償：DS2788可對(duì)電流檢測(cè)電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，RSTC寄存器可設(shè)置溫度系數(shù)，用戶需謹(jǐn)慎編程以確保電流測(cè)量準(zhǔn)確。
• 電流累積：電流測(cè)量結(jié)果在每個(gè)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)進(jìn)行內(nèi)部求和并顯示在ACR寄存器中，ACR范圍為0 - 409.6mVh，LSb為6.25μVh。為防止掉電數(shù)據(jù)丟失，ACR值會(huì)備份到EEPROM。
• 電流消隱：當(dāng)電流測(cè)量值（原始電流 + COB）落在兩個(gè)定義范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)對(duì)電流測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修改，防止小電流累積。
• 累積偏置：累積偏置（AB）寄存器可在電流累積過程中引入任意偏置，用于考慮未通過檢測(cè)電阻的電流等情況。

6.4 容量估算算法

• 建模電池組特性：為準(zhǔn)確估算剩余容量，需考慮電池組在溫度、負(fù)載電流和充電終止點(diǎn)的性能特性。DS2788采用FuelPack?方法，通過存儲(chǔ)全滿、活躍空和待機(jī)空三條曲線的分段線性模型來描述電池特性。
• 電池組模型構(gòu)建：模型以 +50°C的完全充電狀態(tài)為基準(zhǔn)進(jìn)行歸一化，電池參數(shù)EEPROM塊存儲(chǔ)初始值、斜率和斷點(diǎn)溫度等信息。
• 應(yīng)用參數(shù)：包括Sense Resistor Prime（RSNSP）、Charge Voltage（VCHG）、Minimum Charge Current（IMIN）、Active Empty Voltage（VAE）、Active Empty Current（IAE）、Aging Capacity（AC）和Age Scalar（AS）等，這些參數(shù)用于檢測(cè)滿電和空電點(diǎn)，并計(jì)算容量結(jié)果。
• 容量估算實(shí)用功能：包括老化估算、學(xué)習(xí)功能、ACR管理、滿電檢測(cè)和活躍空電點(diǎn)檢測(cè)等。
• 結(jié)果寄存器：DS2788每3.5s處理一次測(cè)量和電池特性數(shù)據(jù)，產(chǎn)生七個(gè)結(jié)果寄存器，可直接向用戶顯示或供主機(jī)系統(tǒng)定制使用。
• 狀態(tài)寄存器：包含報(bào)告設(shè)備狀態(tài)的位，部分位可由DS2788內(nèi)部設(shè)置，部分位可通過硬件或1-Wire接口清除。
• 結(jié)果計(jì)算：通過特定公式計(jì)算剩余活躍絕對(duì)容量（RAAC）、剩余待機(jī)絕對(duì)容量（RSAC）、剩余活躍相對(duì)容量（RARC）和剩余待機(jī)相對(duì)容量（RSRC）。

6.5 控制寄存器

控制寄存器的所有位均可讀寫，上電時(shí)從參數(shù)EEPROM內(nèi)存中恢復(fù)，可在影子RAM中修改寄存器位值，并通過Copy Data命令保存為上電默認(rèn)值。

6.6 燃油表顯示

DS2788提供五個(gè)開漏驅(qū)動(dòng)器，可直接驅(qū)動(dòng)4或5個(gè)LED顯示剩余活躍相對(duì)電池組容量（RARC）。當(dāng)PIO配置為輸入且檢測(cè)到上升沿時(shí)，LED顯示4s后關(guān)閉。

6.7 EEPROM寄存器

EEPROM寄存器用于控制EEPROM塊的訪問，可鎖定EEPROM塊以防止數(shù)據(jù)更改，鎖定后無法解鎖，但不影響讀取訪問。

6.8 內(nèi)存

DS2788有256字節(jié)的線性內(nèi)存空間，包括用于測(cè)量、狀態(tài)和控制的寄存器以及EEPROM內(nèi)存塊。用戶EEPROM可存儲(chǔ)用戶信息并可鎖定，參數(shù)EEPROM存儲(chǔ)電池模型數(shù)據(jù)和應(yīng)用操作參數(shù)。

6.9 1-Wire總線系統(tǒng)

• 64位網(wǎng)絡(luò)地址：每個(gè)DS2788都有一個(gè)唯一的、工廠編程的64位1-Wire網(wǎng)絡(luò)地址，包括8位家族代碼、48位序列號(hào)和8位CRC。
• 硬件配置：1-Wire總線采用開漏或三態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)器，總線主端需有上拉電阻，DS2788可在標(biāo)準(zhǔn)和過驅(qū)動(dòng)兩種通信速度模式下工作。
• 事務(wù)序列：訪問DS2788的協(xié)議包括初始化、網(wǎng)絡(luò)地址命令、功能命令和事務(wù)/數(shù)據(jù)。
• 1-Wire信號(hào)：包括初始化序列、寫0、寫1和讀數(shù)據(jù)等嚴(yán)格的信號(hào)協(xié)議。

七、總結(jié)

DS2788是一款功能強(qiáng)大的獨(dú)立燃油表IC，它在電池電壓、溫度和電流測(cè)量以及容量估算方面表現(xiàn)出色。其豐富的特性和靈活的配置使其適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，為電子設(shè)備的電池管理提供了可靠的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以充分利用DS2788的這些特性，優(yōu)化電池管理系統(tǒng)，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似IC的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。