锂离子电池组充放电保护和容量均衡控制电路X3100／X3101应用
1. 概述
X3100用于四只串联单体锂离子电池保护和容量均衡，X3101用于三只串联锂离子电池组保护和容量均衡。这两种器件内部都具有过充电、过放电和过电流保护及延时电路、EEPROM存贮器、稳压器、控制充放电和电压均衡的外接MOSFET的驱动电路、结构寄存器、控制寄存器、状态寄存器、模拟多路转换开关和SPI串行接口等如图1所示。
图1 X3100／X3101内部结构框图
过充电、过放电和过电流门限值存贮在内部EEPROM存贮器中电池的种类和参数也可写入该存贮器，组成数字化电池组。各种保护门限值都可利用3MHz的SPI串行接口通过软件独立选择，同时利用外接电容器可以改变各种保护的延迟时间。
利用内部模拟多路转换开关，通过外部带有A／D变换器的微控制器，X3100／X3101允许从器件外部监控单体电池的电压和电流（利用电流采样电阻），该控制器的软件可算电池组的现有容量，同时利用软件还可实现单体电池电压均衡等功能。
X3100和X3101内部含有一个电流采样放大器，该放大器可选增益为10、25、80和160。这样利用外部10位A／D变换器获得的分辨率高于昂贵的14位A／D变换器。
2. 工作原理
X3100和X3101可实现单体锂电池保护，它具有两种不同的工作状态。
首先，在正常工作状态下，该器件周期地检测每个单体锂电池的过充电和过放电状态，同时还连续监控电池组的过电流状态。各种保护状态的门限值可由用户通过软件来选择。达到某个保护门限值时，放电控制MOSFET、充电控制MOSFET或充放电控制MOSFET立即关断，从而保护电池组。在过放电状态下，X3100和X3101进入低功耗休眠状态，从而节省电池的能量。在休眠状态下，内部稳压器关断，停止对微控制器供电，这样可进一步减小电池组的供电电流。
另外，在监控状态下，带A／D变换器的微控制器，通过模拟多路转换器输出脚 AO和X3100或X3101内部的模拟多路转换器MUX测试每只单体电池的电压和电池组的电流。该器件可实现过充电、过放电保护、电池组内各单体电池容量均衡，电池组现有容量计算等功能，用户利用软件算法，可以使设定门限值满足各种锂电池的要求和所用单体锂电池的要求。为了监控这些电压，所有保护电路均连续工作。
在典型应用电路中，为了适应智能电池系统的接口协议，微控制器也应当是可编程的，以便提供SMBus接口。加入这些功能后，由X3100或X3101组成的模块可达到最新的工业电池组标准。
X3100用于四只串联单体锂离子电池保护和容量均衡，X3101用于三只串联锂离子电池组保护和容量均衡。这两种器件内部都具有过充电、过放电和过电流保护及延时电路、EEPROM存贮器、稳压器、控制充放电和电压均衡的外接MOSFET的驱动电路、结构寄存器、控制寄存器、状态寄存器、模拟多路转换开关和SPI串行接口等如图1所示。
过充电、过放电和过电流门限值存贮在内部EEPROM存贮器中电池的种类和参数也可写入该存贮器，组成数字化电池组。各种保护门限值都可利用3MHz的SPI串行接口通过软件独立选择，同时利用外接电容器可以改变各种保护的延迟时间。
利用内部模拟多路转换开关，通过外部带有A／D变换器的微控制器，X3100／X3101允许从器件外部监控单体电池的电压和电流（利用电流采样电阻），该控制器的软件可算电池组的现有容量，同时利用软件还可实现单体电池电压均衡等功能。
X3100和X3101内部含有一个电流采样放大器，该放大器可选增益为10、25、80和160。这样利用外部10位A／D变换器获得的分辨率高于昂贵的14位A／D变换器。
2. 工作原理
X3100和X3101可实现单体锂电池保护，它具有两种不同的工作状态。
首先，在正常工作状态下，该器件周期地检测每个单体锂电池的过充电和过放电状态，同时还连续监控电池组的过电流状态。各种保护状态的门限值可由用户通过软件来选择。达到某个保护门限值时，放电控制MOSFET、充电控制MOSFET或充放电控制MOSFET立即关断，从而保护电池组。在过放电状态下，X3100和X3101进入低功耗休眠状态，从而节省电池的能量。在休眠状态下，内部稳压器关断，停止对微控制器供电，这样可进一步减小电池组的供电电流。
另外，在监控状态下，带A／D变换器的微控制器，通过模拟多路转换器输出脚 AO和X3100或X3101内部的模拟多路转换器MUX测试每只单体电池的电压和电池组的电流。该器件可实现过充电、过放电保护、电池组内各单体电池容量均衡，电池组现有容量计算等功能，用户利用软件算法，可以使设定门限值满足各种锂电池的要求和所用单体锂电池的要求。为了监控这些电压，所有保护电路均连续工作。
在典型应用电路中，为了适应智能电池系统的接口协议，微控制器也应当是可编程的，以便提供SMBus接口。加入这些功能后，由X3100或X3101组成的模块可达到最新的工业电池组标准。
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