芯耀
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上一回我們介紹了包含電壓放大、比較和控制功能的電流傳感器 IC RT6052，它可以像空氣開(kāi)關(guān)一樣被使用在電路中以實(shí)現(xiàn)過(guò)流以后的電路保護(hù)，其應(yīng)用電路之一如下圖所示：
IC 中的電流檢測(cè)部分其實(shí)就是個(gè)差分電壓放大器，串接在電流通路上的電阻 RSHUNT 將流過(guò)的電流轉(zhuǎn)換為電壓差，再經(jīng)放大以后就變成了方便處理的大信號(hào)，后面接上 A/D 轉(zhuǎn)換器將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算以后才知道實(shí)際電流的大小，所以一個(gè)完整的電流傳感器實(shí)際上還是很復(fù)雜的，遠(yuǎn)不是我們看到的電路那么單純。
同樣的電流檢測(cè)方式可以被應(yīng)用到電池電量計(jì)里，RT9426 就是這樣做的，下面是它的應(yīng)用電路圖之一：
同樣的，電阻 RS 被串聯(lián)在電池的電流進(jìn)出通道上，流過(guò)它的電流所形成的電壓差經(jīng) CSP/CSN 進(jìn)入 RT9462，再經(jīng)放大、A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)運(yùn)算以后成為電量計(jì)算的輔助信息。
按照常識(shí)，對(duì)電流進(jìn)行時(shí)間積分得到的結(jié)果就是電量，所以我們覺(jué)得電流傳感器所獲得的信息應(yīng)該作為電池電量計(jì)算的基本依據(jù)，為什么到了 RT9426 這里它變成了輔助信息呢？
電池在電路中是一個(gè)獨(dú)立存在的元件，它的自放電沒(méi)有辦法被外部電路偵查到，即使與電池連接的所有電路都不耗電，在常溫下存放一個(gè)月以后的電量也會(huì)下降約 1% 以上，高溫下的情況就會(huì)更嚴(yán)重，所以?xún)H使用電流信息的電量計(jì)是沒(méi)辦法反映這部分損耗的，但是只要有電量的損耗電池的電壓就會(huì)發(fā)生變化，而電壓又與電池電量之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以我們通過(guò)測(cè)量電壓就可以推測(cè)出電池的容量情況。
上圖是容量不同的同類(lèi)鋰離子電池在不同放電深度下的電壓表現(xiàn)情況，此數(shù)據(jù)是將容量進(jìn)行了歸一化的結(jié)果，所以最大的容量就是 1，由圖可見(jiàn)大家的一致性都非常好，所以只要測(cè)出電池實(shí)際的開(kāi)路電壓，就可以由它查出對(duì)應(yīng)的容量信息，而這兩者是可以預(yù)先測(cè)出來(lái)并成為一個(gè)表的，使用時(shí)只需去查閱就行了。這個(gè)方法既簡(jiǎn)單又有效，實(shí)際使用的時(shí)候卻有個(gè)問(wèn)題，電池都有負(fù)載，負(fù)載會(huì)消耗電流，而電池有內(nèi)阻，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降，所以你總是不能在線測(cè)得實(shí)際的開(kāi)路電壓。
如上圖電池模型所示，從外部電路實(shí)際測(cè)得的電壓是電池開(kāi)路電壓和電流流過(guò)內(nèi)阻所形成電壓之間的差，所以只要能在兩種不同的電流下測(cè)得電池電壓就可以得到兩個(gè)聯(lián)立方程，通過(guò)對(duì)聯(lián)立方程的處理就可以計(jì)算出電池內(nèi)阻和電池開(kāi)路電壓，根據(jù)計(jì)算出的開(kāi)路電壓就可以知道電池的放電深度或充電深度即所謂的荷電狀態(tài) SOC，而根據(jù)電池內(nèi)阻又可獲知電池的老化程度，這樣就對(duì)電池狀態(tài)有了一個(gè)比較全面的了解。
這個(gè)圖反映的是一個(gè)電池在相同的電流負(fù)載下隨著循環(huán)使用次數(shù)的不同它的容量變化的情況，隨著使用次數(shù)的增加，它的容量越來(lái)越小，內(nèi)阻越來(lái)越大，電壓變化越來(lái)越快。
在實(shí)際的應(yīng)用中，負(fù)載電流通常是隨時(shí)都在變化的，所以上述對(duì)電池特性的測(cè)量和計(jì)算隨時(shí)都可以進(jìn)行，因而以電壓為主、電流為輔的方法對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行判斷的速度是非?？斓模c單純以測(cè)量電流再通過(guò)積分對(duì)電量進(jìn)行計(jì)算是完全不同的。
由于無(wú)需積分，RT9426 在使用時(shí)就可以和電池分離，直接裝在系統(tǒng)端就可以了，電池是可以隨時(shí)換的，只要新?lián)Q上的電池與原來(lái)的電池是同一個(gè)型號(hào)，對(duì)其容量狀態(tài)的判斷就會(huì)非常準(zhǔn)確，誤差可以做到 1% 以下，當(dāng)然了，這是有前提的，那就是我們需要對(duì)電池特性有一個(gè)準(zhǔn)確的把握，可以從它的充放電數(shù)據(jù)中將其特性提取出來(lái)，預(yù)先放到系統(tǒng)中保存起來(lái)，否則在實(shí)際的應(yīng)用中還是會(huì)存在較大的誤差，誤差值大概在 5%~10%，這是需要用戶(hù)在使用時(shí)注意的。為了幫助客戶(hù)避免較大誤差的出現(xiàn)，請(qǐng)讀者們?cè)趯?shí)際使用時(shí)要與立锜科技的技術(shù)支持人員配合，將電池的充放電數(shù)據(jù)提供給立锜，亦可將電池提供給立锜由我們來(lái)幫助你完成全部的工作。
我最近新買(mǎi)了一個(gè)真無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)，每次使用的時(shí)候都能從手機(jī)屏幕上看到耳機(jī)的電池狀況，感覺(jué)很開(kāi)心也很放心。真無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)在工作時(shí)需要先將電能充入耳機(jī)盒里的電池里，再用耳機(jī)盒為兩個(gè)耳塞充電，耳塞工作時(shí)還需要將自己的電池狀況反饋給手機(jī)，這個(gè)管理工作并不簡(jiǎn)單，我們總不能讓耳塞里的電能已經(jīng)耗盡了還讓它工作吧，隨時(shí)了解狀況并及時(shí)為之補(bǔ)充電能是非常重要的，像 RT9426 這樣的器件就可以為之保駕護(hù)航，而它的體積也特別小，最小的 CSP 封裝只有 2.29mm X 1.74mm，包含焊球在內(nèi)的最大高度只有 0.625mm，耳塞尺寸雖然都很緊湊，放入其中是完全沒(méi)有問(wèn)題的。
這張照片是我從我愛(ài)音頻網(wǎng)上復(fù)制下來(lái)的，它出現(xiàn)在一篇帶有無(wú)限充電、主動(dòng)降噪功能的真無(wú)線耳機(jī)的拆解報(bào)告里，RT9426 就這樣被放在柔性 PCB 上，獨(dú)自的存在使它看起來(lái)就像是主角的樣子，芯片上的字符 71 是 CSP 封裝的 RT9426 的識(shí)別符號(hào)，其他則是與制造時(shí)間有關(guān)的信息及定位標(biāo)志。（順便要說(shuō)明一下我是知道這顆芯片是 RT9426 才說(shuō)出 71 是它的識(shí)別符號(hào)的，請(qǐng)不要隨便看到一個(gè)字符串就來(lái)要求我們幫你識(shí)別它是什么，因?yàn)榈惯^(guò)來(lái)的行為是無(wú)法保證正確性的，而這樣的情況我們又常常遇到，所以特別提示一下。）
我在智能手機(jī)發(fā)展的早期曾深受電量計(jì)算不準(zhǔn)之苦，有時(shí)明明看到電池電量數(shù)據(jù)還很高，但手機(jī)突然就自動(dòng)關(guān)機(jī)了，隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)很久沒(méi)有遇到過(guò)這樣的狀況了，希望 RT9426 也能在你的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中幫助到你。
本文的寫(xiě)作完全基于自己對(duì)產(chǎn)品所用技術(shù)的推測(cè)，所展示的數(shù)據(jù)圖表也是過(guò)去學(xué)習(xí)中所積累起來(lái)的資料，有的就是公司同事在電池研究中所獲取到的信息，僅供讀者參考。
