如何使用MAX17201/MAX17211和MAX17205/MAX17215對原電池進行電量計

原電池對電量計提出了特殊的挑戰。它們用于對電流消耗非常敏感的應用。典型應用包括智能傳感器、智能電表、火災報警器和其他物聯網設備，這些設備必須運行數月甚至數年，而無需充電或更換電池。在這些應用中，電量計不得成為功耗的主要來源。電池的不可充電特性意味著電量計永遠沒有機會了解電池的容量，必須通過精確的庫侖計數等技術來實現精度。對于某些化學品，平坦的電壓曲線也意味著直接電壓查找方法不可用。

MAX17201和MAX17211（MAX172x1）為低功耗電量計，具有出色的庫侖計數和溫度及電壓測量精度。這些IC的模擬功能及其內核電壓電量計可用于在原電池應用中提供關鍵信息。單節電池 IC （支持高達 5V） 的電流消耗僅為 9μA。本應用筆記介紹如何在鋰基原電池中使用MAX172x1電量計。對于對電壓要求較高的應用，請使用MAX17205和MAX17215。BATT 引腳可測量高達 20V 的電壓，分壓器可與 CELLX 引腳配合使用以獲得更高的電壓。本應用筆記討論了MAX17201/MAX17211，但MAX17205/MAX17215可以替代更高電壓的應用。表1列出了一些支持的細胞類型。

圖解的

原電池的原理圖偏離了典型實現方案，將芯片接地（CSN）連接到電池，使電量計忽略了自身的電流消耗。這種方法提高了庫侖計數器的精度。該方法的主機要求是將正庫侖計數視為放電，或者將電流增益設置為負增益，使庫侖計數器再次正常運行。要將 CGAIN 更改為負數，nCGain 寄存器 應設置為 0xC000，并且 nNVCfg0.enCG 位 （0x0040） 應設置為 1，以便從 nCGain 寄存器恢復 CGAIN 和 COff。圖1中的原理圖顯示了EP/GND至CSN的連接，突出顯示了與標準TDFN原理圖的偏差。

圖1.原電池應用電路原理圖

檢測電阻選擇

圖1中的檢測電阻設置為100mΩ。與通常使用的100mΩ相比，10mΩ將電流測量的分辨率從0.15625mA提高到0.015625mA。具有更精細的分辨率可降低庫侖計數器的漂移，并允許在電流較低的應用中進行更好的測量。如果應用使用超過500mA的放電電流，則應減小檢測電阻值，以便測量全電流。表2顯示了各種檢測電阻值的電流范圍和測量失調。

最小化電量計電流

通過將電量計保持在始終休眠模式，電量計的靜態電流降至最低至 9μA。若要啟用始終休眠，請將 HibThreshold 值設置為 0 以最大化休眠模式允許的電流，并將 HibExitTime 設置為最大值以使電量計保持休眠模式。實現此目的的 nHibCfg 值的推薦值為 0x801B。應啟用 nNVCfg0.enHCfg 位 （0x0002） 以允許將 nHibCfg 復制到 HibCfg?？梢园凑毡?2 中的說明設置 COff 寄存器，使電量計計算其自身的消耗電流。

此外，I2應盡量減少 C 通信以減少偏移。由于通信線路的下拉電流通過芯片接地（CSN），因此通信電流全部通過檢測電阻。過度通信會導致更多電流通過R意義，產生虛擬充電電流。

報廢檢測

MAX17201/MAX17211還可以通過監測電壓并報告通過內部模型處理的開路電壓來提供報廢檢測。監控 VFOCV 寄存器 （0xFB） 的開路電壓，以確定電壓何時接近使用壽命，而不會因電池上的負載脈沖而獲得錯誤讀數。應使用電池的特殊模型來啟用報廢電壓報告。

評估庫侖計數器性能

MAX17201/MAX17211中的原始庫侖計數器可通過讀取QH和 QL寄存器（0x4D和0x4E）。QH表示高詞和QL表示 32 位庫侖計數器的低字。Q 的 LSBH寄存器是

5.0 .對于一個10Ω檢測電阻，對于Q Q，LSB為0.5mAhH.QLLSB 為 2-16Q 的 LSBH.

表2中列出的庫侖計數器的精度是通過記錄芯片庫侖計數器和定時器數據以及數據的開始和結束來計算的，計算漂移為

，其中t2和 Q2是計時器和庫侖計數器值 （QH+ QL） 在測試結束時，并且1和 Q1是測試開始時的計時器和庫侖計數器。請注意，通過組合定時器（0x3E）和定時器（0xBE）寄存器，也可以使用電量計中的定時器寄存器進行此測試，也可以使用系統時間。這些測試應在固定負載和無負載下進行，以測量失調和增益誤差。庫侖計數器的誤差會影響電量計在應用中的精度。

MAX17201/MAX17211用于CR123應用的示例，運行時間為一年：

電池容量：1500mAh 運行時間：1 年（8760 小時） 平均負載 （1500mAh
/8670h）
= 0.173mA 可使用 5000Ω 檢測電阻，失調為 0.2μA

本例中失調對庫侖計數器造成的誤差為0.2μA，而平均負載為173μA，誤差為0.115%。該失調誤差導致一年內總庫侖計數增加或減少1.725mAh。

其他電路要求

雖然MAX17201/MAX17211的工作電壓為2.3V，但啟動電壓為2.9V。如果應用需要較低的啟動電壓，則應如圖2所示修改應用電路。該原理圖要求 BATT 和 REG3 引腳由一個 3V >外部電壓供電。這可以來自電荷泵、穩壓器或任何其他系統電源軌。在工廠非易失性存儲器編程期間，該IC的最大電流要求為10mA，持續約400ms。

圖2.外部 BATT 電源原理圖。

如果應用需要監控低于2V的電池電壓，則只需使用CELLx引腳進行測量，并將CELL1和CELL2引腳鍵入>3V電源，即可繞過低壓數字模塊，如圖3所示。

圖3.低壓測量原理圖。

CELLx是一款高阻抗（典型值為400Ω）引腳，具有0至2V電壓輸入范圍。2Ω和3Ω用于保持CellX寄存器的LSB與正常電壓寄存器相同，同時最大限度地降低該電路增加的電流消耗。此模式需要使用 nPackCfg = 0x0D01，而不是標準配置中列出的0x0C01。主機軟件必須讀取位于地址0x0D9的CellX寄存器，而不是僅報告電源電壓的VCell寄存器。在此配置中，不支持使用 VFOCV 進行壽命終止檢測。

結論

MAX17201/MAX17211可用于原電池應用，但原理圖和存儲器配置有特殊考慮。所需的最小更改是設置 nCGain 和 nHibCfg 寄存器以及相應的 nNVCfg0 位。示例INI設置適當的寄存器，可在MAX17201或MAX17211 IC上進行測試。

審核編輯：郭婷