PXA270的電池充電及電量計量的設計

隨著技術的發展和普及，手持設備出現在越來越多的場合。手持設備以體積小、重量輕、可攜帶性好等優勢吸引了各種電子設備向手持方向轉型和發展，同時也必然地提出了電池的充電和電量計量問題。手機、數碼相機、MP3、筆記本、PDA等手持設備都必備1個電池的充電電路以及可以在手持設備顯示界面上反饋當前電池電量的計量電路。本文通過2款高性能的芯片LM3658和DS2786，以PXA270處理器為例，介紹1種可應用于各種手持設備場合的電路模塊。

　　1 硬件設計

　　1．1 PXA270處理器簡介

　　PXA270嵌入式處理器是Intel公司推出的基于XS-cale架構的新一代高性能處理器，主用應用于高端無線手持和移動設備。PXA270主頻可以設置在312～* MHz之間，內部集成了WMMX技術，擁有高性能、低功耗的多媒體加速能力，可以很好地支持音頻、視頻解碼。同時它集成了Intel先進的SpeedStep技術，可以動態地調節CPU的性能，實現高效的功耗控制。此外，PXA270內部提供了UART、I2C、I2S、USB等各種常用接口，使得PXA270可以應用在各種場合。

　　1．2 電池充電及電量計量電路

　　由于PXA270出色的移動性能，電池供電成為了PXA270系統的必需電路。本系統中的充電芯片選用了美國國家半導體公司(National Semi-conductor Corporation)推出的LM3658。它可以使用USB充電，也可以使用交流適配器充電，同時具有電源管理功能。該芯片可為單顆鋰電池和鋰聚合物電池安全充電，終止充電誤差不超過1．5％，有助延長電池壽命，因此適用于多種場合下的手持設備，包括PDA、MP3、數碼相機和手機等。圖1是LM3658的引腳分布和典型電路。

　　如圖1所示，EN_b是充電的使能端，低電平表示允許充電，高電平表示禁止充電。CHG_IN和USBpwr引腳分別表示交流適配器輸入和USB輸入。輸入電壓都是在4．5～6 V之間。LM3658芯片在利用USB或交流適配器為鋰電池或鋰聚合物電池充電時，若這2種電源都處于開啟狀態，充電器芯片便會自動選用預先設定的交流電模式。如果用交流適配器電源充電，可以通過Iset引腳與地址之間連接1個電阻，該電阻阻值的大小決定了充電時的電流大小。如果用USB給電池充電，可以通過USB_sel引腳決定充電電流的大小，該引腳低電平時充電電流為100 mA，高電平時充電電流為500mA。LM3658通過BATT引腳連接電池的正極，為電池提供充電電流。同時通過Ts引腳連接電池的負極，獲取電池的溫度信息。

　　Statl和Stat2高低電平的不同組合可以反映當前電池的4種充電狀態，如表1所列。可以將Statl和Star2的狀態輸出到PXA270的GPIO，通過軟件程序讀出當前狀態，并顯示在用戶界面上。

　　本系統中的電量計量芯片選用的是美國Dallas Semiconductor公司推出的一款基于開路電壓(OCV)的電量計量芯片——DS2786。該芯片能夠根據電池閑置期間的開路電壓來估算可充電鋰離子和鋰離子聚合物電池的可用電量。通過儲存在IC中的查找表，開路電壓可用于確定電池的相對電量，可以在電池包插入后立即得到準確的電量信息。當電池高速率放電時，無法使用OCV計量，因此DS2786使用庫侖計量作為估算相對電量的第2種方法。

　　DS2786以百分比的形式給出剩余電量的同時，還給出了電池電壓、電流和溫度信息。電量計算所需的電池特性和應用參數存儲在片上EE-PROM中。為了支持在某些對成本比較敏感的場合對電量進行監測，DS2786還提供了電流、電壓和溫度的測量數據。

　　DS2786可以應用在手持設備上，也可安裝在電池包內，其典型應用如圖2所示。VDD是芯片DS2786的工作電源輸入引腳，而VIN則是所測量電池的電壓輸入引腳。

　　通過VPROG引腳可以對芯片內部EEPROM里存儲的查找表進行修改。SCL和SDA分別是串行時鐘輸入和串行數據輸入／輸出，可以將電量計量數據傳遞給PXA270上的I2C接口進行讀取操作。在2個輔助輸入端AN0和ANl，可通過比例計量法提供電池包識別(PACK ID)電阻和熱敏電阻的阻抗計量。

　　本系統采用PXA270+LM3658+DS2786組成1個完整的嵌入式系統的電池充電及電量計量模塊。LM3658負責電池的充電功能和反饋當前電池的充電狀態，DS2786負責提供當前電池的剩余電量信息，而PXA270則提供系統的控制和數據接收功能。

　　模塊的系統框圖如圖3所示。由于沒有采用USB電源供電，因此將LM3658芯片的CHG-IN引腳直接5 V輸入。BATT端接上電池的正極進行充電。在電池的正極同時接上N溝道的MOSFET管，可以實現對電池的安全保護，防止充電過量，出現電流過大、溫度過高等情況。電池的充電狀態通過Statl和Stat2引腳將信息輸出到PXA270的GPIO進行讀取操作。DS2786的VDD引腳用5 V外接電壓直接供電。而VIN引腳既可以用電池電壓輸入，也可以用外接5 V電壓輸入。當電池電壓輸入VIN的時候，DS2786可以根據OCV查找表計算電池的剩余電量。當電池高速率放電時，通過電流感測電阻R進行庫侖計測量。最終通過SDA和SCL將電量信息輸出給PXA270的I2C接口。