LTC6802檢測串聯(lián)電池組電壓電路設(shè)計(jì)

摘要：介紹了串聯(lián)電池組電壓管理芯片LTC6802—2的特點(diǎn)和使用方法。分別以51單片機(jī)和TMS320LF2407為控制器，從通信的角度詳細(xì)探討在硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)上應(yīng)注意的問題，實(shí)現(xiàn)LTC6802—2對串聯(lián)電池組電壓的檢測。并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證了此方法的有效性。

LTC6802—2內(nèi)部含有12位的AD轉(zhuǎn)換器，精密電壓基準(zhǔn)，高電壓輸入多路轉(zhuǎn)換器和SPI串行接口。每個(gè)芯片可以檢測12節(jié)串聯(lián)在一起的電池。同時(shí)，芯片還支持串聯(lián)使用，最多可以將16個(gè)芯片串聯(lián)在一起使用，即最多可以檢測12x16=192節(jié)電池串聯(lián)組成的電池組。每個(gè)AD的轉(zhuǎn)換范同為0～5V，因此每個(gè)芯片的檢測串聯(lián)電池組電壓可達(dá)60V。另外，LTC6802．2在LTC6802—1的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，增加了4位的外部編址接口A0～A3，可對其進(jìn)行編址，方便了對某一指定檢測單元的單獨(dú)操作。另外，LTC6802．2還具有高溫保護(hù)功能，電池過充過放電狀態(tài)監(jiān)視，電量均衡功能。

LTC6802．2有種工作模式：待機(jī)模式、測量模式和監(jiān)事模式。上電默認(rèn)為待機(jī)模式，此模式下，只有串口和5V的穩(wěn)壓基準(zhǔn)源處于工作狀態(tài)，其他所有電路均不_T=作。必須通過串ISI通信，對LTC6802．2進(jìn)行配置才可以啟動(dòng)其他電路，此時(shí)可向CFGR0的CDC［2：0］位寫入非0的值使其退出待機(jī)模式，LTC6802—2退出待機(jī)模式后VREF引腳可以檢測到3．075V的脈沖基準(zhǔn)電壓信號，否則檢測電壓為0V，這可以作為判斷串口通信成功的檢測依據(jù)。

本文主要以51單片機(jī)和TMS320LF2407為主控器，分別介紹他們的硬件接口電路，并分析調(diào)試過程中遇到的問題。

圖1給出了以51單片機(jī)為控制器的控制電路，在保證電路正常工作條件下，外圍電路以最簡單的形式給出。如果電池選用大容量動(dòng)力電池，則要考慮加鉗位保護(hù)電路，防止c引腳出現(xiàn)大的電流而損壞芯片。因?yàn)?1單片機(jī)和LTC6802．2的通信接口均為5V工作電壓，在只有一片LTC6802．2接入時(shí)，可以不加隔離器件，直接進(jìn)行串口通信。

51單片機(jī)的SPI串行通信接口使用P1．O～P1．3來模擬，模擬SPI接口時(shí)需要注意，該接口沒有做其他的擴(kuò)展用途，如果接有其他的擴(kuò)展電路，在進(jìn)行SPI通信時(shí)要進(jìn)行屏蔽，否則有可能對串行通信造成干擾，導(dǎo)致無法正常通信。

公司的TMS320LF2407內(nèi)部自帶SPI串行通信模塊，利用此模塊可以簡單地實(shí)現(xiàn)DSP與LTC6802—2的通信。通信中需要注意的是，通用SPI模塊一般是每進(jìn)行一次讀寫操作CS引腳就分別給出相應(yīng)的片選信號，但根據(jù)LTC6802．2的時(shí)序需求，每次片選有效時(shí)，都要進(jìn)行多次的讀寫操作。因此，此處不能使用SPI模塊的片選，實(shí)驗(yàn)中選取DSP的PB4來給定片選信號。

設(shè)計(jì)中需要注意的另一點(diǎn)是數(shù)字隔離器件的選取。因?yàn)長TC6802—2的5V基準(zhǔn)電源的驅(qū)動(dòng)能力比較弱，最大只能提供負(fù)載4mA的電流，所以選擇數(shù)字隔離器件時(shí)必須選擇低功耗器件，否則，功耗過大將導(dǎo)致LTC6802—2芯片發(fā)熱，基準(zhǔn)電源電壓下降，當(dāng)降至4．1V時(shí)，芯片將無法正常工作。本文選取ADUM14115_，它是ADI公司開發(fā)的一款超低功耗4通道數(shù)字隔離芯片，復(fù)合此處SPI通信的需求，并且功耗低，最高通信速度可達(dá)到10M，也滿足通信的需求。圖2是TMs320LF2407與LTC6802．2的工作電路。

軟件設(shè)計(jì)中主要需注意的是SPI通信的時(shí)序要與LTC6802．2的時(shí)序相匹配，時(shí)鐘頻率必須小于1M，通信模式按照LTC6802．2的規(guī)定cPHA：l和CPOL=1（其時(shí)序圖如圖3），但是由于TMS320LF2407的SPI通信模式與標(biāo)準(zhǔn)定義的差別，TMs320LF24O7的通信模式應(yīng)該設(shè)為PHASE=0和PO．

LARITY=I。另外，需要注意的是由于TMs320LF2407自帶SPI通信模塊式的特點(diǎn)所限，在進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)操作時(shí)需要虛發(fā)操作，已啟動(dòng)時(shí)鐘，才能正常讀取數(shù)據(jù)。

因?yàn)長TC6802—2支持多次的連續(xù)讀寫操作，因此，通信過程中選取通用I／O作SPI通信的CS片選信號，而不是直接用SPI模塊的片選信號引腳。使用LTC6802．2進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換前需要先對其進(jìn)行初始化，即寫配置寄存器組CFGR0～CFGR5。讀數(shù)據(jù)時(shí)要先發(fā)送要讀取的LTC6802．2的地址f由A0~A3引腳接線確定），然后發(fā)送讀數(shù)據(jù)指令，再進(jìn)行讀操作。其操作寫控制寄存器步驟如下：（1）拉低CSBI；（2）發(fā)送寫配置寄存器命令；（3）發(fā)送配置寄存器數(shù)據(jù)（cmm，CFGR2，…CFGR5）；（4）抬高CSBI。

讀取電壓數(shù)據(jù)操作步驟如下：（1）拉低CSBI；（2）發(fā)送要讀取的LTC6802地址；（3）發(fā)送讀電壓命令；（4）發(fā)送電壓寄存器中電壓數(shù)據(jù)（CVRO0，CVRO1，…CVR17，PEC）；（5）抬高CSBI。在讀取電壓過程中，如果電池電壓有較大的變化或波動(dòng)會(huì)使LTC6802復(fù)位，進(jìn)入上電默認(rèn)待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)讀取電壓寄存器的值是不變的，為最后一次測量值，因此每次讀電壓時(shí)盡量進(jìn)行一次初始化配置，具體讀電壓流程如圖4。

軟件設(shè)計(jì)上，51單片機(jī)模擬SPI通信與通用的模擬程序類似，下面主要介紹以TMS320LF2407的SPI接口進(jìn)行通信的軟件設(shè)計(jì)。

（1）初始化，程序如下：

voidLtc68O2Init（void）

{uchari，bur，Ltc6802；

CFGR［0］=0x01；／／配置寄存器的初始化

CFGR［1］=0x00；

CFGR［2］=0x00；

cFGR［3］=OxO0；

CFGR［4］=VUV：

CFGR［5］=VOV；

do

{CL_CSBI；／／片選信號，托低CSBI

SpiWrite（WRCFG）；／／寫配置寄存器

for（i=0：i《6：i++1

{SpiWrite（CFGR［i］）；）

SET—CSBI；

delay（60）；

Ltc6802OK=1：

CL_CSBI：

SpiWrite（0x80）；11圖2中接線可知地址為0

SpiWrite（RDCFG）；

fbr（i=0；i《6；i++）

fif（i--0）buf=SPIreadO／0x80；

elsebur=SPIread0；

ifbufi=CFGR［i］1

{Ltc6802=0；break；）

}

SET_CSBI；

}while（Ltc6802）；／／配置不對重新配置

}

（2）寫數(shù)據(jù)子函數(shù)

voidSpiWrite（uintbuf）

fuintflag=0；

SPITXBUF=bufl8；／／TMS320LF2407發(fā)送緩存寄存器為16

位，從高位開始發(fā)

while（1）／／8位數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)寫入寄存器高8位

{flag=SPISTS&0x40；

if（flag==0x40）break；

j

SPIRXBUF=SPIRXBUF：

}

（3）讀數(shù)據(jù)子函數(shù)

uintSPlread0

{uintflag，buf；

SPITXBUF=O；

while（1）

{flag=SPISTS&0x40；

if（flag==0x40）break

}

buf=-SPIRXBUF；

returnbuf；

}

文中給出的初始化數(shù)據(jù)是只測量12接單體數(shù)據(jù)的情況下配置數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)需要，如果要對電池的過充電和過放電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控或連接電池少于12節(jié)，可以對CFGR0--CFGR5進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)置。

對于電壓檢測，穩(wěn)定度非常重要。穩(wěn)定度越高，說明系統(tǒng)檢測也準(zhǔn)確，誤差也越小。因?yàn)長TC6802—2內(nèi)部是12位的AD，最小檢測步長是1．5mV，對檢測電壓保留三位小數(shù)，對12節(jié)鋰離子電池的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，測量結(jié)果如表1。

對檢測的電壓值求方差，可以看到方差幾乎為0，也就是說，檢測電壓比較穩(wěn)定，而且檢測精度較高。

利用LTC6802—2檢測串聯(lián)電池組電壓，單體電池串聯(lián)數(shù)量多，電路結(jié)構(gòu)簡單，測量速度快，測量精度高，能滿足一般的檢測需求。另外，LTC6802．2是一款電池管理芯片，還具有溫度保護(hù)功能，檢測電池過充和過放電狀態(tài)，還能對串聯(lián)電池組進(jìn)行均衡控制，只需要增加簡單的外圍電路和寄存器配置即可實(shí)現(xiàn)這些功能。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了電池電壓的檢測，可以通過控制器判斷電池的過充和過放電狀態(tài)，從而進(jìn)行更好的均衡電池電量，所以文中并沒有對這些功能進(jìn)行詳細(xì)研究。但是，利用這種方法測量電池的電壓，對更好地監(jiān)視電池的充放電狀態(tài)和能量均衡具有非常重要的意義。