智能穿戴

如何为可穿戴设备选用更精确的电量计

2025China.cn   >2019年05月15日

  便携式电子产品与咱咱咱们的生活日益密切,应用可穿戴设备已经成为消费新潮水。在市场日益显著增长的同时,如何提高电量计的精确性成为了亟待解决的成就。传统内置于可穿戴设备的电量计可供给的精确度约±8%。因此如果指示器显示剩余电量为10%,那么实际值可能低至2%。用户往往以为设备可以或许或许再工作一段光阴,而体系却突然意外关闭,丢失未保留的关键数据和工作,为用户的应么床便。试想如果这种故障发生在医疗环境,另有可能危及性命。颠末过程添加电量计量功效的元件可以或许或许提高电量计的精确性,但这就有可能增长设备的尺寸和重量,而如今的消费者必要更纤薄、可集成更多功效的便携式/可穿戴设备,因此计划职员必要考虑应用高能效的元件。

  传统电量计量计划:库仑计数法

  库仑计数法是最常用的电量计量法,它采纳高精度的电流检测电阻,连续监测电池的输入电流。电流随光阴而集成,并将结果与已知的最大电量停止比较,以计算可用的剩余电量。

  图1:库仑计数法

 

  库仑计数法的最大弊端在于其非常不精确,导致意外关机的可能性非常大。因为电池的自放电电流不流过内部检测电阻,所以它不能被检测到。而且这种自放电电流受电池温度的影响,自放电事件导致环境温度升高而进一步影响精确度。别的,只要电池每次被充斥电能力获得精确的测量,而事实上电池不是每次都被充斥电。

  库仑计数法不只不精确,而且因为其必要检测电阻,导致本钱增长并占用更大的PCB间,而检测电流流过检测电阻会消耗额外的电池电量,干扰主电池机能,增长功率损耗。

  基于内部电阻跟踪电流-电压(HG-CVR)的混算计量法

  采半导体的LC70920XF智能锂电池电量计IC为克服库仑计数电量计的弊端,并解决上述计划挑衅供给了绝佳解决计划:采纳基于周详的模数转换(ADC)技术的板载电量计,并在电量计内置误差校正和温度补偿。结合低功耗工作及高精度计量,颠末过程削减磨损确保更长的电池应用光阴,别的,没有内部检测电阻意味着没有功率损耗并节省宝贵的PCB空间。

  LC70920XF基于称为HG-CVR的独特计量法,以±2.8%的误差测量电池的相对电荷状况(RSOC),即使在相对不稳固的条件下,包含温度、老化、负载及自放电。

  周详的参考电压对精确的电压测量至关重要。LC70920XF具有精确的内部参考电压电路,且这不受温度影响,它存储参考表在其存储器中,此中包含对付电池的电压/容量、电阻/容量及电阻/温度功效的数据。

  HG-CVR法测量电池电压、温度、内部电阻和电池开路电压(OCV)。OCV是无负载电流的电池电压。测量的电池电压分为OCV和随负载电流变更的电压。变更的电压是由负载电流和内部电阻发生。那么电流值由如下公式确定:

  V(VARIED) = V(MEASURED)-OCVI=V(VARIED)/R(INTERNAL)

  此中V(VARIED)是随负载电流变更的电压,V(MEAUSRED)是测得的电压,R(INTERNAL)是电池的内部电阻。内部电阻受剩余电量、负载电流、温度等因素影响。HG-CVR法在监测电压后提取电荷(库仑),并应用电阻设置设备摆设档表和电压设置设备摆设档表计算。

  然后,颠末过程赓续将测到的电压及温度与参考表中的值停止比较来计算剩余电池电量。当电池电压更低时,读数会更频繁,以确保在电池剩余应用光阴变得更短时的精确的预测。

  不像其它电荷测量法,HG-CVR法能考虑到电池自放电事件,无需将设备的电池充斥电用于校准,即使电池只充电至50%,也可精确地计算电池的剩余应用光阴。

  图2:安森美半导体专利的HG-CVR法

 

  如何辨认老化?

  颠末过程重复放电/充电,电池内部电阻将逐渐增长,满充容量(FCC)将削减。在库仑计数法中,通常应用FCC和剩余容量(RM)计算RSOC。

  RSOC = RM/FCC ×100%

  库仑计数法必需颠末过程学习周期预先测量削减的FCC。而HG-CVR可测量电池的RSOC而无需学习周期,该计划用来计算电流的内部电池电阻与FCC高度相干。这相干性取决于电池的化学功效。利用这相干性申报的RSOC不受老化的影响。

  误差主动收敛

  库仑计数法的一个成便是误差随光阴而累积,采纳库仑计数法的电量计必需找机遇校正它。采纳HG-CVR的LC70920XF具有RSOC误差收敛的功效,误差在从开路电压的估测中赓续收敛。而且,库仑计数法无法检测精确的剩余变更,因为自放电电流数太小,但HG-CVR法颠末过程电压信息能精确检测。

  易于疾速装配

  一样平常而言,对电量计来说,获得多个参数是必要的,这通常消耗大批资源和额外的开拓光阴。LC70920XF的一个独特功效是多个设置设备摆设档表已内置此中,因而电池测量开端时要准备的参数目非常少,从而简化计划,加快装置。

  上电复位/电池插入检测

  当LC70920XF检测到电池插入,它开端主动上电复位。一旦电池电压超过复位释放电压(VRR),它将释放复位状况并将实现初始化以进入睡眠情势或工作情势。统统存放器在上电复位后初始化。如果在工作时电池电压比VRR低很多,LC70920XF也主动履行体系复位。

  低功耗

  HG-CVR在预设的光阴段测量电压和温度,无需监测电路持续运行,这使电量计电路能在测量间隔之间使自己进入节能睡眠情势,而且无需检测电阻,低落有源功耗。

  采纳HG-CVR法的电量计削减所需元件数,低落功耗。以LC709203F为例,它比竞争计划少4倍内部元件数,支撑计划工程师省去内部电流检测电阻,采纳尺寸为1.76mm x 1.6mm的紧凑封装,减小约77.5%的印制电路板尺寸,较竞争计划小约45%,不只低落物料单本钱和计划光阴,还晋升靠得住性。而且,因为所需内部元件数更少,LC709203F可显著低落总功耗,工作电流15 uA, 约竞争元件118 uA的1/10。在有源情势下,低落87%的功耗,在睡眠情势下,低落60%的功耗。

  温度补偿

  锂电池容易遭到环境条件和环境温度变更的影响。特别跟着温度降至0°C如下,电池电阻变更,导致放电电流活动时电池压降增长。安森美半导体的智能锂电池电量计LC70920XF内置独特的校正算法,以确保在宽规模的环境温度下在统统电池电压下的误差对峙在2.8%以内。

  智能锂电池电量计LC709203F概览

  1.功效

  · 采纳HG-CVR算法技术:无需内部检测电阻,测量电池RSOC的误差低至2.8%,调节电池的纳电阻,简化计划· 供给低功耗· 供给周详的电压测量· 具周详的定时器· 在低RSOC或低电压时收回警报· 供给温度补偿:温度颠末过程I2C输入或间接由热敏电阻测量,这温度补偿有助于确保电量计在宽规模的环境温度下在统统电池电压下的误差对峙在2.8%以内。· I2C接口支撑达400 kHz频率

  2.重要电气参数

 

  3. 模块图及引脚分派

  LC709203F可采纳WDFN8和WLCSP9两种封装办法,其模块图如图3 所示。此中,

  TEST引脚:衔接至VSSVSS引脚:衔接至电池负极VDD引脚:衔接至电池正极ALARMB引脚:颠末过程低输入(开漏)指示报警,上拉必需在内部实现,报警条件由存放器指定,未应用时该引脚衔接至VSS。如果电池剩余电荷降至低于设定值或低于设定电压,将颠末过程开漏内置FET拉低ALARMB输入TSW引脚:热敏电阻电源输入。在读取温度值时,该引脚为高电平。TSW电阻值(针对上拉热敏电阻)必需与热敏电阻值相同TSENSE引脚:热敏电阻输入。如果您将这引脚衔接到热敏电阻,其间需插入100 电阻用于ESDSDA引脚:I2C数据引脚(开漏)。上拉必需在内部实现SCL引脚:I2C时钟引脚(开漏)。上拉必需在内部实现

  图3:LC709203F模块图

 

  必要注意的是,在不应用时必需将TSW和TSENSE引脚断开衔接。

  4.对付电气功效及线路布局的说明

  1). 因为I2C地址是固定的,需确保其余元件不应用相同的地址2). 元件从上电算起的初始化光阴在80 ms以内3). 如果颠末过程I2C初始化(初始的RSOC),那么开端读取电池值在2 ms后4). 如果电源施加到VDD和VSS,电池值将坚持稳固,不管使能/禁么娣牌的状况5). 尽量靠近IC端衔接VDD和VSS间的电容(1 μF)6). 在不应用alarm功效时,只需将alarm端与VSS衔接,无需上拉电阻

  总结

  可穿戴设备必要更精确、更低功耗和更小尺寸的电量计,安森美半导体的智能锂电池电量计LC70920XF克服传统库仑计数电量计的弊端,采纳专利的HG-CVR 法,内置误差校正和温度补偿,更精准地计量电池的剩余电量,让可穿戴设备用户随时精确知晓电池的剩余应用光阴,不再因体系意外关机而困扰。因为该计划省去检测电阻,因而削减内部元件数,且功耗属业界最低,为用户供给更精确、更小尺寸、更高能效的功效。

标签:可穿戴设备 智能锂电池 我要反馈 
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