测试和校准DS2760锂离子电池监测和保护器电路

本应用笔记向读者介绍如何正确测试包含达拉斯半导体DS2760电池监测器和保护器的电路板和电池组。提供了分步测试程序，可以遵循该程序以确保电路板和电池组已正确组装.此外，本笔记还指导读者在DS2760电池监测器组装到电池组中后，如何正确校准高精度电流A/D转换器。涵盖了电流失调和电流增益校准的程序。

介绍

锂离子保护和高精度电量计的优点可以通过组装错误或设备校准不当完全抵消。本应用笔记举例说明如何测试组装好的保护电路板和完全组装好的电池组，然后逐步正确校准DS2760的高精度电流模数。

执行板级测试

以下是在最终组装到电池组之前如何对基于DS2760的保护电路板进行生产测试的示例。图1所示为利用DS2760所有特性的电路板原理图示例。所有关键测试点（有 11 个）在图中用圆圈数字表示。该测试流程假设电路的所有分立元件都已经过测试，因此目标是通过验证连接来验证电路板是否已正确组装。

图1.必须验证的电路板节点。

测试 1：测试初始化。测试初始化的目的是将DS2760寄存器置于已知状态，并确定板上是否存在直接短路。在此步骤中与设备成功通信将验证 DQ 连接（节点 1）以及 VDD 引脚（节点 2）的电池正极以及 VSS 引脚和 PAC-（节点 3）的电池负极。使能充电和放电FET，然后检查保护寄存器的标志条件：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	将 0x00h 写入保护寄存器	清除所有标志
	将 0x03h 写入保护寄存器	使能场效应晶体管
	等待 150 毫秒	等待所有可能的标志条件的测试
	读取保护寄存器	读取文档标志
	如果设置了DOC标志（位4），则主板失败。
	如果无法通信，则失败板。

 

测试 2：

验证 VIN 引脚与电池正极（节点 4）的连接。读取DS2760的最新电压并确认其测量结果有效：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	等待 10 毫秒	等待电压转换
	读取电压寄存器	2 字节
	如果电压读数不准确，则使电路板失效。

 

测试 3：

电荷控制场效应管（节点 5）的操作。充电控制FET的正常工作可以通过禁用FET并尝试强制电流进入PAC+来验证：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	尝试强制电流进入 PAC+	建议最小 100mA
	如果无法强制电流，则使电路板失效
	将 0x01h 写入保护寄存器	禁用充电场效应管
	尝试强制电流进入 PAC+	建议最小 1mA
	如果可以强制电流，则使电路板失效
	将 0x03h 写入保护寄存器	使能充电场效应管

 

测试 4：

放电控制场效应管（节点 6）的操作。通过禁用 FET 并尝试强制电流流出 PAC+ 来验证与放电控制 FET 的连接：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	尝试强制电流退出 PAC+	建议最小 100mA
	如果无法强制电流，则使电路板失效
	将 0x02h 写入保护寄存器	禁用放电场效应晶体管
	尝试强制电流退出 PAC+	建议最小 1mA
	如果可以强制电流，则使电路板失效
	将 0x03h 写入保护寄存器	使能放电场效应管

 

测试 5：

验证 SNS、IS1 和 IS2 引脚连接（节点 7 和 8）。通过有效的电流测量可以轻松验证与SNS引脚的连接。虽然验证从IS1到IS2的电容很困难，但成功的电流测量将证明它们彼此之间或周围的任何引脚都没有短路：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	强制 1.0A 从 PAC+ 中输出
	等待 100 毫秒	等待当前转换
	读取电流寄存器	2 字节
	如果电流读数不准确，则电路板失败

 

测试 6：

验证 PLS 引脚与电池组正极（节点 9）的连接。DS2760使用PLS引脚来确定从PAC+到PAC-是否仍然存在错误条件。强制放电过流条件并验证无法清除标志，然后删除条件并验证是否可以清除标志：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	强制 2.5A 从 PAC+ 中输出
	等待 20 毫秒	等待条件更新标志
	将 0x00h 写入保护寄存器	尝试清除所有标志
	读取保护寄存器	读取文档标志
	如果 DOC 标志清除，则主板失败
	强制 0.0A 从 PAC+ 中输出
	等待 20 毫秒	等待条件更新标志
	将 0x00h 写入保护寄存器	清除所有标志
	读取保护寄存器	读取文档标志
	如果设置了DOC标志，则失败板

 

测试 7： 

验证 PS 引脚连接（节点 10）。如果 PS 引脚在电路中硬连线，只需读取特殊功能寄存器（位 7）即可确认引脚状态。如果引脚与电路板有外部连接，请切换引脚状态并验证特殊功能寄存器中的更改：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	强制 PS 引脚外部为低电平
	阅读特殊功能寄存器	读取 PS 引脚状态
	如果设置了 PS 位，则主板失败
	将 PS 引脚从外部推高
	阅读特殊功能寄存器	读取 PS 引脚状态
	清除 PS 位时主板故障

 

测试 8：

验证 PIO 引脚连接（节点 11）。如果PIO引脚用作输入，请执行类似于上述PS引脚的测试。如果引脚用作输出，请在软件中切换引脚，同时读回位以验证其状态：

 

	强制 4.0V 从 BAT+ 到 BAT-
	将0x00写入特殊功能寄存器	强制 PIO 引脚为低电平
	阅读特殊功能寄存器	读取 PIO 引脚状态
	如果设置了 PIO 位，则电路板失败
	将0x40写入特殊功能寄存器	强制 PIO 引脚高电平
	阅读特殊功能寄存器	读取 PIO 引脚状态
	清除 PIO 位时主板故障

 

执行包装级别测试

对组装好的包装进行测试比上面的板级测试更简单。本测试流程假设基于DS2760的保护电路板和锂离子电池在封装前均已单独验证，电池有足够的电量为保护板供电。示例电池组如图2所示。所有关键测试节点都用圆圈数字表示。

图2.必须验证的单元组节点。

测试 1：通信。读取DS2760的净地址即可验证电路中的大多数连接。为了正确通信，DQ 引脚（节点 2）和 PAC-（节点 3）必须是有效的连接。为使DS2760正确响应，电路板必须通过BAT+（节点4）和BAT-（节点5）供电。通信测试为：

 

	读取网络地址
	如果无法通信，则失败包。

 

测试 2：

权力。要验证PAC+是否正确连接到DS2760板，请使能FET，并验证是否可以在PAC+引脚上测量电池电压。同时检查DS2760，查看是否检测到短路：

 

	将 0x00h 写入保护寄存器	清除所有标志
	将 0x03h 写入保护寄存器	使能场效应晶体管
	等待 150 毫秒	等待所有可能的标志条件的测试
	读取保护寄存器	读取文档标志
	如果设置了DOC标志（位4），则失败打包。
	如果无法在 PAC+ 下测量电池电压，则失效包装

 

测试 3：

皮奥和附言。如果包装设计使用 PIO 和 PS 引脚作为输入或输出，请验证其操作 通过切换引脚状态并在特殊功能寄存器中确认结果。请参阅上面板级测试部分中的测试步骤 7 和 8。

校准电流偏移

DS2760的电流A/D非常敏感。它能够测量检测电阻两端仅 15μV 的压降。这种精度只能通过在电池组组装后校准电流测量值来实现。电流失调寄存器允许DS2760的电流测量值调整±127 LSbs，以精确测量非常小的电流。下面列出了电路中校准DS2760的步骤：

将0x00写入保护寄存器以禁用所有充电和放电。

平均 32 次电流测量，样本之间间隔至少为 100 ms。建议尽可能使用多个读数以获得最佳准确性。

如果平均电流寄存器值大于±127 LSbs （±79.375mA或±1.984mV），则无法将器件修整为零。验证电路。

将结果值存储在电流偏移寄存器位置0x33h并复制到EEPROM。

通过额外的电流测量来验证精度。如有必要，请重复该过程。

校准电流增益

集成检测电阻的DS2760在出厂时经过校准，可准确报告电流，无需进一步校准。不带集成检测电阻的DS2760将经过工厂校准以测量电压。为了将该电压值精确转换为电流读数，必须知道确切的检测电阻。达拉斯半导体建议在电池组组装时测量该电阻，并将该值存储在EEPROM中以供手机参考。此过程的示例过程如下所示：

精确测量组装电路的检测电阻。这可以通过强制已知电流流过电池组并使用DS2760测量检测电阻两端的压降来实现。

将电阻值存储在未使用的DS2760 EEPROM中。达拉斯半导体建议以至少
0.25mΩ的分辨率存储。一个字节可提供0mΩ至63.75mΩ的范围。

在操作过程中，听筒读取该电阻值，并将电流寄存器和电流累加器值乘以计算测量的电流和累积电荷。

总结

正确验证组装好的基于DS2760的锂离子电池组需要测试电路中的每个焊点。测试至少应验证当控制FET禁用时，保护是否可防止所有电流流入和流出电池组。

电流 A/D 偏移应在组装到包装中后进行校准。为了获得最大的精度，应在最长的可接受时间段内进行多次测量，同时禁用控制FET，以确保系统中没有电流流动。

审核编辑：郭婷