Un medidor de gas de batería preciso

Un indicador de combustible de la batería se puede implementar de varias maneras. El más popular es derivar la capacidad restante de la batería a partir del voltaje de la batería. Este método tiene la ventaja de que es fácil de implementar y de un costo relativamente bajo, pero tiene un gran inconveniente: es relativamente inexacto. El voltaje de la batería tiene, en el mejor de los casos, una relación inconsistente con la capacidad de la batería; la relación varía mucho según la tasa de descarga y la temperatura de la batería.

Sin embargo, los últimos dispositivos portátiles requieren una medición más precisa del gas de la batería. Por ejemplo, una computadora portátil o PDA puede necesitar guardar datos o indicar información y apagarse cuando la batería alcanza un punto crítico de descarga. La predicción precisa de este punto permite que el dispositivo funcione de forma segura durante más tiempo con la energía de la batería. Para aplicaciones que requieren una medición precisa, el contador de culombios LTC4150 es una solución compacta y fácil de implementar.

El LTC4150 mide la carga que entra y sale de la batería a través de una resistencia de detección. Un convertidor de voltaje a frecuencia transforma el voltaje de detección de corriente en una serie de pulsos de salida. Cada pulso corresponde a una cantidad fija de carga que entra o sale de la batería. El dispositivo indica la polaridad de la carga cuando la batería se agota o se carga. El estado de la batería se puede predecir con precisión mediante un microcontrolador, conectado a través de una interfaz simple de 1 o 2 cables.

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La carga es la integral de tiempo de la corriente. El LTC4150 mide la corriente de la batería al monitorear el voltaje desarrollado a través de una resistencia de detección y luego integra esta información para determinar la carga. El diagrama de bloques que se muestra en la Figura 1 muestra cómo.

Figura 1. El diagrama de bloques del LTC4150 muestra cómo la corriente medida, en la resistencia de detección, se integra y se convierte en un número entero de carga.

La medición de corriente es filtrada por el capacitor CF conectado a través de los pines CF+ y CF–. Esto promedia todos los cambios rápidos en la corriente que surgen de la ondulación, el ruido y los picos en la carga, la corriente de carga o el modo de ráfaga® funcionamiento de un regulador de conmutación. La salida del filtro se aplica a un integrador con el amplificador y un capacitor de 100pF en su núcleo. Los interruptores S1 y S2 invierten la dirección de la rampa una vez que la salida del integrador alcanza los niveles REFHI o REFLO. Al observar la condición de S1, S2 y la dirección de la rampa, se determina la polaridad.

Se utiliza un contador para aumentar efectivamente el tiempo de integración en un factor de 1024, lo que reduce en gran medida la sobrecarga del microcontrolador necesaria para dar servicio a las interrupciones del LTC4150. En cada subdesbordamiento o desbordamiento del contador, el EN T la salida se bloquea en nivel bajo, mientras que, al mismo tiempo, la salida POL se bloquea para indicar la polaridad del conteo de carga. Una vez que se reconoce la interrupción, el microcontrolador se reinicia EN T salida con un pulso de baja intensidad en CLR alfiler. Para simplificar las conexiones, EN T y CLR Los pines también se pueden conectar entre sí. En este caso, la señal de interrupción dura al menos 1 µs, tiempo suficiente para que el microcontrolador registre los datos, antes de que el EN T pin se reinicia automáticamente.

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La función de transferencia del LTC4150 se cuantifica como una ganancia de voltaje a frecuencia GFVdonde la frecuencia de salida es el número de interrupciones por segundo y el voltaje de entrada es el voltaje VSENTIDO a través de los pines SENSE+ y SENSE–. El número de interrupciones por segundo es:

ecuación1

Dónde:

ecuación2

VSENTIDO = 50mV para el LTC4150, por lo tanto:

ecuación3

Como I • t = Q, los culombios de carga de la batería por EN T pulso (intervalo de interrupción) se puede derivar de la Ecuación 4:

ecuación4

La capacidad de la batería suele expresarse en amperios-hora:

ecuación5

Combinando las ecuaciones 4 y 5:

ecuación6

o

ecuación7

La medición de la carga se puede escalar con un microcontrolador.

La figura 2 muestra un diseño de aplicación típico para un sistema de batería de iones de litio de 2 celdas con 500 mA de corriente de carga máxima. Usando la Ecuación 2 para calcular RSENTIDO = 50 mV/0,5 A = 0,1 Ω. Con RSENTIDO = 0.1Ω, la Ecuación 6 muestra que cada interrupción corresponde a 0.085mAh de carga con GFV = 32,55 Hz/V. Una batería de 850 mAh de capacidad ocupa un total de 10.000 EN T afirmaciones para cargar o descargar completamente.

Figura 2. Medidor de gas de una batería de iones de litio de 2 celdas.

El LTC4150 se puede apagar, cuando no se necesita, en un modo de corriente baja (1,5 µA máx.), lo que reduce el consumo de batería.

Los factores que afectan la precisión de la predicción de la capacidad son el voltaje de compensación de entrada, el error de no linealidad integral (INL), la tolerancia de la resistencia de detección y la autodescarga de la batería. La tasa de autodescarga de una batería de iones de litio es de alrededor del 2 % al 4 % mensual a temperatura ambiente. El LTC4150 tiene un error de INL del 0,3 % en el rango de entrada y modo común, consulte la Figura 3, y 150 µV de tensión de compensación de entrada.

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Figura 3. La no linealidad integral del LTC4150 está dentro del 0,3 % en todo el rango de tensión de detección.

El LTC4150 ofrece una solución simple y compacta para el conteo de coulomb lateral alto/medición de gas de batería para voltajes de batería de hasta 8,5 V (baterías de iones de litio de 2 celdas o NiCd o NiMH de 6 celdas). Los únicos componentes externos necesarios son la resistencia de detección y un condensador de filtro para promediar los eventos transitorios y la corriente de ondulación.

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