特征

•單系列電池鋰離子電池燃料計位于系統板上

–集成2.5 VDC LDO

–外部低值10-mΩ感應電阻器

•專利阻抗跟蹤™ 技術

–根據電池老化、自放電、溫度和速率變化進行調整

–報告剩余容量、荷電狀態（SOC）和清空時間

–可選平滑濾波器

–電池健康狀態（老化）評估

–支持嵌入式或可拆卸組件，容量高達32 Ahr

–使用2個獨立的電池配置文件進行電池組交換

•微控制器外圍設備支持：

–400 kHz I2C串行接口

–32字節的暫存閃存NVM

–電池電量低數字輸出警告

–可配置SOC中斷

–外部熱敏電阻、內部傳感器或主機報告的溫度選項

•小12針2.50 mm×4.00 mm SON封裝

應用

•智能手機、功能手機和平板電腦

•可穿戴設備

•樓宇自動化

•便攜式醫療/工業手機

•便攜式音頻

•游戲

說明

德州儀器bq27510-G3系統側鋰離子電池燃料計是一個微控制器外圍設備，為單電池鋰離子電池組提供燃料計量。該設備只需要很少的系統微控制器固件開發。bq27510-G3駐留在系統主板上，管理嵌入式電池（不可拆卸）或可拆卸電池組。

bq27510-G3采用專利的阻抗軌跡™ 用于燃油計量的算法，并提供諸如剩余電池容量（mAh）、充電狀態（%）、空載運行時間（min.）、電池電壓（mV）、溫度（°C）和健康狀態（%）等信息。

使用bq27510-G3測量電池燃料只需要電池組+（P+）、電池組–（P-）和可選熱敏電阻（T）連接至可拆卸電池組或嵌入式電池電路。

設備信息

（1）、對于所有可用的軟件包，請參閱數據表末尾的可訂購附錄。

典型應用圖

典型特征

詳細說明

概述

bq27510-G3燃油表準確地預測了單個鋰基可充電電池的電池容量和其他工作特性。它可以被系統處理器詢問以向主機提供單元信息，例如清空時間（TTE）和充電狀態（SOC）以及SOC中斷信號。

信息是通過一系列被稱為標準命令的命令來訪問的。附加的擴展命令集提供了更多的功能。這兩組命令由通用格式命令（）表示，它們讀取和寫入設備控制寄存器和狀態寄存器中的信息，以及其數據閃存位置。命令通過I2C串行通信引擎從系統發送到儀表，可以在應用程序開發、系統制造或終端設備操作期間執行。

單元信息存儲在設備的非易失性閃存中。在應用程序開發期間，可以訪問這些數據閃存的許多位置。在終端設備運行期間，通常不能直接訪問它們。通過使用燃油表配套評估軟件、單獨命令或通過一系列數據閃存訪問命令，可以訪問這些位置。要訪問所需的數據閃存位置，必須知道正確的數據閃存子類和偏移量。

燃料計高精度氣體計量預測的關鍵是德州儀器公司專有的阻抗跟蹤™ 算法。該算法使用電池測量值、特性和屬性來創建充電狀態預測，在各種操作條件下和電池的使用壽命內，可以實現小于1%的誤差。

燃油表通過監測位于系統車速傳感器和蓄電池組端子之間的小值串聯感測電阻器（典型值為5 mΩ至20 mΩ）的電壓來測量充電和放電活動。當一個電池連接到設備上時，根據電池電流、電池開路電壓（OCV）和電池在負載條件下的電壓來學習電池阻抗。

外部溫度傳感通過使用高精度負溫度系數（NTC）熱敏電阻（R25=10.0 kΩ±1%）進行優化。B25/85=3435 kΩ±1%（如塞米泰克NTC 103AT）。或者，燃油表也可以配置為使用其內部溫度傳感器或從主機處理器接收溫度數據。當使用外部熱敏電阻時，BI/TOUT和TS引腳之間還需要一個18.2-kΩ的上拉電阻器。燃油表使用溫度監控電池組環境，用于燃油計量和電池保護功能。

為了降低功耗，燃油表有幾種電源模式：正常、休眠、休眠和電池插入檢查。燃油表在這些模式之間自動通過，這取決于特定事件的發生，盡管系統處理器可以直接啟動其中一些模式。

有關完整的操作細節，請參閱bq27510-G3技術參考手冊，bq27510-G3系統側阻抗軌跡™ 帶集成LDO、SLUUA97的燃油表。

功能框圖

功能描述

燃油表測量電池電壓、溫度和電流，以確定蓄電池荷電狀態。燃油表通過感測SRP和SRN引腳之間以及與電池串聯的小電阻值（典型值為5 mΩ至20 mΩ）之間的電壓來監測充電和放電活動。通過整合通過電池的電荷，在電池充電或放電過程中調整電池的SOC。

通過比較施加負載前后的充電狀態和通過的電量，得出電池的總容量。當施加一個應用負載時，通過比較當前SOC的預定義函數獲得的OCV與負載下測量的電壓，來測量電池的阻抗。OCV和電荷積分的測量確定了化學電荷狀態和化學容量（Qmax）。初始Qmax值取自電池制造商的數據表乘以并聯電池的數量。它也用于計算設計容量的值。在正常電池使用期間，燃油表會獲取并更新蓄電池阻抗曲線。它使用此配置文件以及SOC和Qmax值來確定完全充電容量（）和充電狀態（），特別是針對當前負載和溫度。FullChargeCapacity（）是指在當前負載和溫度下，充滿電的電池在電壓（）達到終止電壓之前的可用容量。NominalAvailableCapacity（）和完全可用容量（）分別是RemainingCapacity（）和FullChargeCapacity（）的無補償（無負載或輕負載）版本。

燃油表有兩個標志，由flags（）函數訪問，當電池的荷電狀態降至臨界水平時發出警告。當StateOfCharge（）低于第一個容量閾值（在SOC1 Set threshold中指定）時，將設置[SOC1]（充電狀態初始）標志。一旦StateOfCharge（）上升到SOC1清除閾值以上，該標志即被清除。每當設置SOC1標志時，燃油表的GPOUT引腳以10毫秒寬和10毫秒間隔發出3個脈沖。當操作配置B中的RMC_IND位被設置時，此標志被啟用。此行為也適用于[SOCF]（充電狀態最終）標志。

當電壓（）低于系統關機閾值電壓SysDown Set Volt threshold時，設置[SysDown]標志，作為關閉系統的最終警告。GPOUT也發出信號。當電壓（）上升到SysDown清除電壓以上并且已經設置了[SysDown]標志時，[SysDown]標志被清除。GPOUT也預示著這種變化。所有單位均為毫伏。更多詳情見bq27510-G3技術參考手冊，bq27510-G3系統側阻抗軌跡™ 帶集成LDO、SLUUA97的燃油表。

設備功能模式

電源模式

燃油表有不同的電源模式：電池插入檢查、正常、休眠、休眠。在正常模式下，燃油表充滿電，可以執行任何允許的任務。在休眠模式下，低頻和高頻振蕩器都是活躍的。雖然休眠模式的電流消耗比睡眠模式高，但它也是一種低功耗模式。在休眠模式下，燃油表關閉高頻振蕩器并以降低功率的狀態存在，定期進行測量和計算。在休眠模式下，燃油表處于低功耗狀態，但可以通過通信或某些IO活動喚醒。最后，BAT INSERT CHECK mode是一種加電但低功耗的停止狀態，即當系統中沒有電池插入時，燃油表就位于該狀態。

圖5和圖6顯示了這些模式之間的關系。

編程

標準數據命令

bq27510-G3燃油表使用一系列2字節標準命令來啟用系統讀取和寫入蓄電池信息。每個標準命令都有一個相關的命令代碼對，如表2所示。由于每個命令由兩個字節的數據組成，因此必須執行兩個連續的I2C傳輸，以啟動命令功能，并讀取或寫入相應的兩個字節的數據。通信中描述了傳輸數據的其他選項。正常情況下可以訪問標準命令操作。讀寫權限取決于活動訪問模式，密封或未密封。其他詳細信息包括見bq27510-G3技術參考手冊，SLUUA97。

控件（）：0x00/0x01

發出Control（）命令需要后續的2字節子命令。這些附加字節指定所需的特定控制功能。Control（）命令允許系統在正常操作期間控制燃油表的特定功能，以及當設備處于不同訪問模式時的附加功能，如表3所述。更多詳情見bq27510-G3技術參考手冊，SLUUA97。

通信

I2C接口

bq27510-G3燃油表支持標準I2C讀取、增量讀取、快速讀取、單字節寫入和增量寫入功能。7位設備地址（ADDR）是十六進制地址中最有效的7位，固定為1010101。因此，I2C協議的前8位分別是0xAA或0xAB，用于寫入或讀取。

“快速讀取”返回地址指針指示的地址處的數據。地址指針是I2C通信引擎的內部寄存器，每當燃油表或I2C主機確認數據時，它就會遞增。“快速寫入”功能與此相同，是將多個字節發送到連續命令位置（例如需要兩個字節數據的雙字節命令）的一種方便方法。

不支持以下命令序列：

嘗試寫入只讀地址（主機發送數據后的NACK）：

嘗試讀取0x6B以上的地址（NACK命令）：

I2C超時

如果I2C總線保持在低位2秒鐘，I2C發動機將同時釋放SDA和SCL。如果燃油表固定住管路，松開管路可釋放管路，以便主機驅動管路。如果外部條件保持其中一條線路處于低電平，I2C引擎將進入低功耗休眠模式。

I2C命令等待時間

為確保在400 kHz下正常工作，必須在發送至燃油表的所有數據包之間插入t（BUF）≥66μs的無總線等待時間。此外，如果SCL時鐘頻率（fSCL）大于100 kHz，則使用單獨的1字節寫入命令進行正確的數據流控制。下圖顯示了在發出control子命令和讀取狀態結果之間所需的標準等待時間。對于讀寫標準命令，至少需要2秒才能更新結果。對于只讀標準命令，不需要等待時間，但主機發出所有標準命令的次數不應超過每秒兩次。否則，由于看門狗計時器過期，燃油表可能會導致重置問題。

I2C時鐘拉伸

在燃油表操作的所有模式下都可能發生時鐘拉伸。在休眠和休眠模式下，由于設備必須喚醒以處理數據包，因此所有I2C通信都會出現短時間的時鐘延遲。在其他模式下（電池插入檢查，正常），時鐘拉伸只發生在為燃油表尋址的數據包上。由于I2C接口執行正常的數據流控制，大多數時鐘擴展周期都很小。然而，隨著數據閃存塊的更新，可能會出現頻率較低但更重要的時鐘延長周期。下表總結了各種燃油表工作條件下的大致時鐘延長時間。

應用與實施

注意

以下應用章節中的信息不是TI組件規范的一部分，TI不保證其準確性或完整性。TI的客戶負責確定組件的適用性。客戶應驗證和測試其設計實現，以確認系統功能。

申請信息

bq27510-G3系統側鋰離子電池燃料計是一個微控制器外圍設備，為單電池鋰離子電池組提供燃料計量。該設備只需要很少的系統微控制器固件開發。燃料位于系統主板上，管理一個嵌入式電池（不可拆卸）或容量高達32000毫安時的可拆卸電池打包到考慮到最終應用中的最佳性能，必須特別注意通過適當的印刷電路板（PCB）板布局來確保測量誤差最小化。這些要求詳見設計要求。

典型應用

設計要求

必須更新幾個關鍵參數，以符合給定應用程序的電池特性。對于最高精度的測量，在密封和運輸系統到現場之前，通過學習循環跟蹤初始配置，以優化阻力和最大化學容量（Qmax）值。目標應用中燃料計的成功和準確配置可作為創建“黃金”燃氣表（.fs）文件的基礎，該文件可寫入所有儀表，假設相同的組件設計和鋰離子電池來源（化學、批次等）。校準數據包括在這個黃金GG文件的一部分，以減少系統生產時間。如果采用這種方法，建議從大樣本量中取電壓和電流測量校準數據的平均值，并在黃金文件中使用這些數據。

詳細設計程序

BAT電壓檢測輸入

在電池管腳的輸入端使用一個陶瓷電容器將交流電壓紋波旁路到地上，大大降低了它對電池電壓測量的影響。它被證明在具有高頻電流脈沖（即手機）的負載情況下最為有效，但建議在所有應用中使用，以降低此敏感高阻抗測量節點上的噪聲。

SRP和SRN電流檢測輸入

庫侖計數器輸入端的濾波網絡旨在提高通過感測電阻測量的電壓的差模抑制。這些元件應放置在盡可能靠近庫侖計數器輸入端的位置，并且差分記錄道長度的布線應匹配，以最大限度地減少阻抗失配測量誤差。

感測電阻選擇

如果燃油表的SRP和SRN引腳之間的電阻出現任何變化，都會影響由此產生的電壓差和由此產生的電流。因此，建議選擇具有最小公差和電阻溫度系數（TCR）特性的感測電阻器。基于性能和價格之間最佳折衷的標準建議是1%公差，100ppm漂移感應電阻器，額定功率為1W。

TS溫度感應輸入

與BAT管腳類似，TS管腳的陶瓷去耦電容器用于繞過高阻抗ADC輸入的交流電壓紋波，最大限度地減少測量誤差。另一個有用的優點是電容器提供了額外的ESD保護，因為在使用可拆卸電池組的系統中，可以訪問到系統的TS輸入。它應盡可能靠近相應的輸入引腳，以獲得最佳的濾波性能。

熱敏電阻選擇

燃油表溫度傳感電路設計用于與負溫度系數型（NTC）熱敏電阻一起工作，在室溫（25°C）下具有10-kΩ的特性電阻。燃油表中配置的默認曲線擬合系數特別假設103AT-2型熱敏電阻，因此這是熱敏電阻選擇的默認建議。移動到單獨的熱敏電阻電阻電阻配置文件（例如，JT-2或其他）需要更新數據閃存中的默認熱敏電阻系數，以確保最高精度的溫度測量性能。

REGIN電源輸入濾波

一個陶瓷電容器被放置在燃料計內部LDO的輸入端，以增加電源抑制（PSR）和改善有效的線路調節。它確保電壓紋波被拒絕接地，而不是耦合到燃油表的內部供應軌。

VLDO輸出濾波科科斯群島

在內部LDO的輸出端還需要一個陶瓷電容器，以便在高外圍利用率期間為燃油表負載峰值提供電流存儲。它的作用是穩定調節器輸出，并減少燃料表內部的核心電壓波動。

應用曲線

電源建議

電源去耦

REGIN輸入引腳和VCC輸出引腳都需要低等效串聯電阻（ESR）陶瓷電容器，盡可能靠近各自的引腳，以優化紋波抑制，并提供穩定可靠的電源軌，對線路瞬態具有彈性。REGIN的0.1-μF電容器和VCC的1-μF電容器足以滿足令人滿意的器件性能。

布局

布局指南

感應電阻器連接

感測電阻處的開爾文連接與電池端子本身的連接一樣重要。差動跡線應連接在感測電阻墊的內部，而不是沿著高電流跡線路徑的任何地方，以防止在測量抽頭點之間的感應電阻和跡線電阻之和時可能導致的測量電流的錯誤增加。此外，這些引線從感測電阻到輸入濾波器網絡，最后進入SRP和SRN引腳的布線需要盡可能緊密匹配，否則可能會出現額外的測量偏移。此外，還建議在濾波器網絡和庫侖計數器輸入周圍添加銅跡線或澆注型“保護環”，以保護這些敏感引腳免受輻射EMI進入傳感節點。這可防止可能被解釋為燃油表實際電流變化的差分電壓偏移。所有的過濾器組件都需要盡可能靠近庫侖計數器輸入引腳。

熱敏電阻連接

熱敏電阻感應輸入應包括一個陶瓷旁路電容器，該電容器應盡可能靠近TS輸入引腳。當電壓偏置電路在溫度傳感窗口周期性地脈沖時，電容器有助于過濾任何雜散瞬態的測量值。

大電流和小電流路徑分離

為了獲得最佳的噪聲性能，將低電流和高電流回路分離到電路板布局的不同區域是非常重要的。燃油表和所有支撐部件應位于儀表板的一側，并從感應電阻器處的大電流回路（用于測量目的）分接。將低電流接地布置在周圍，而不是在大電流軌跡下，這將進一步有助于提高噪聲抑制能力。

布局示例

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