评估库仑计数燃料计量系统的准确性

库仑计数电量计的许多用户认为准确性是百分比误差。这将很方便，但单个百分比数字的有用性取决于许多变量，其中许多变量超出了燃油表的直接控制范围。软件补偿系数有助于测量精度，但因应用而异。馈送到补偿算法的数据必须准确，这一点很重要。如果没有足够准确的输入数据，肯定会导致测量精度差。从这个角度来看，了解燃油计量硬件本身的不准确性来源是有帮助的。

库仑计数电量计的许多用户认为准确性是百分比误差。这将很方便，但单个百分比数字的有用性取决于许多变量，其中许多变量超出了燃油表的直接控制范围。软件补偿系数有助于测量精度，但因应用而异。馈送到补偿算法的数据必须准确，这一点很重要。如果没有足够准确的输入数据，肯定会导致测量精度差。从这个角度来看，了解燃油计量硬件本身的不准确性来源是有帮助的。

图1.集成系统。

图2.取样系统。

库仑计数电量计分为两类：积分系统和取样系统（见图1和图2）。MAX1780高级电池组控制器和MAX1660数控电量计是集成电量计的示例。它们包含非常相似的电量计：MAX1660设计用于微控制器，而MAX1780包括微控制器，能够定制软件。

对于给定的带宽，积分和采样系统可以提供等效的性能。通常，在采样系统中实现宽带宽积分系统比实现等效带宽更节能。比较各种解决方案的带宽可能很有用。检查应用电路并计算以下内容可以确定截止频率：

MAX1780的积分系统提供约31kHz的带宽。等效采样系统每秒至少需要采样 62，000 次才能提供等效性能。请注意，任何高于截止频率的频率都将衰减，并且不包括在电量计中。因此，在选择电量计部件时，了解系统的瞬态行为以及电池处将存在的负载尖峰非常重要。

电量计中的其他误差源与 A/D 转换器中的误差源相似。其中包括增益、线性度、输入失调和分辨率误差。在数据手册中，增益和线性度被混为一谈，并以百分比形式指定，这是相当常见的。这在大多数情况下是可以接受的，并且有助于通过减少测试时间来降低零件成本。

输入失调误差通常指定为电压。检测电阻用于检测电流，因此：

该误差是固定的，不会随电流检测信号幅度而变化。因此，当测量电流变小时，该项会产生更大的误差。增加 R意义可以减少失调误差的影响，但这样做的代价是增加应用中的功耗。

请注意，某些器件具有校准模式以消除输入失调误差。这允许补偿电路中的误差;然而，该参数通常会随温度漂移，并且在电池组制造过程中成本高昂，因为补偿可能需要 10 秒或更长时间的测试时间。MAX1780使用斩波稳定放大器对输入失调进行动态归零，无需在电池组制造时进行校准。这节省了校准步骤的时间和成本。

最后一个参数是分辨率错误。在采样和积分系统中，只有当分辨率与目标信号电平一样大时，分辨率误差才会成为一个问题。在这种情况下，解析错误可能不会取消，因为错误源不再是随机的。如果您正在查看的系统分辨率接近应用最小电流消耗下的检测电阻电压，则分辨率误差可能会成为一个问题。此类问题的一个例子是待机电流为 5mA 的笔记本电脑，电流测量分辨率为 2mA。所指出的示例具有 40% 的潜在误差。

上述参数允许我们绘制MAX1780电量计误差与电流的关系（见图3）。请注意，误差随所用检测电阻的函数而变化，在非常低的电流下，输入失调的影响可以清楚地看到。另请注意，显示的误差将是电量计中的百分比误差，假设从满到空。

图3.库仑计数器精度与电流和R的函数关系意义.

尽管此信息很有用，但在典型使用方案中查看仪表的性能通常更有帮助。可以将上面计算的精度信息作为电流消耗的函数，并计算给定电流曲线的库仑计数器精度。这是通过添加每个电流消耗时的误差并考虑在每个负载电流下花费的时间来实现的。单个电流消耗误差的计算方法是将目标电流的误差百分比乘以电池组提供该电流所花费的时间百分比。

下表给出了两个不同操作配置文件的此错误。在这两种情况下，假设电池为 3.4 安培小时。

配置文件 A 由以下定义：

 

启动电涌	4一	10% 的时间
全速运行	2一	40% 的时间
中央处理器限制	1一	50% 的时间

 

配置文件 B 由以下定义：

 

Profile A		50% 的时间
Standby Current	10mA	50% 的时间

 

库仑计数器精度案例研究

 

RSENSE	Profile A	Profile B
10mΩ	0.51%	1.00%
20mΩ	0.50%	0.75%
30mΩ	0.50%	0.67%
40mΩ	0.50%	0.63%
50mΩ	0.50%	0.60%

 

总之，尽管单个百分比精度数字看起来很有吸引力，但它很少能代表实际性能。一旦知道了精度的组成部分，就可以直接计算电池组给定使用配置文件的精度。了解这些信息后，设计人员可以选择更能满足其需求的电量计。

审核编辑：郭婷