使用评估套件和Raspberry Pi板实现并联电池快速充电系统

Franco Contadini 和 Alessandro Leonardi

评估 1S2P 架构

评估简单的充电系统并测试其功能通常可以使用评估套件完成。这些套件包括所有必要的硬件和软件应用程序，以及基于图形用户界面 （GUI） 的工具和 API，用于配置充电系统。

然而，需要多个单元的复杂系统相应地评估起来更加复杂。复杂系统可能有几个需要表征的设备。开发人员需要编写一些软件代码来读取从不同系统部件生成的信号，对其进行分析并采取行动。考虑使用MAX17330的并联电池快速充电系统中的两个Li+电池。如数据资料所述，MAX17330可用于同时充电和控制两节Li+电池。该系统需要两个MAX17330 IC，每个IC管理一个Li+电池，以及一个能够即时改变输出电压的降压转换器（如MAX20743）。

需要微控制器来配置和管理电池充电以及处理两个IC之间的通信。因为它是系统测试的常用平台，所以我们选择了使用 Python 作为编程语言的 Raspberry Pi 板。树莓派通过 I 管理通信2C 并记录对评估和调试有用的重要系统参数，包括充电电流、电池电压和电池充电状态 （SOC）。这些值存储在 Excel 文件中，以便进行脱机分析。

测试 1S2P 架构

本节介绍如何测试充电器和电量计（MAX17330）。它还描述了并行充电可以预期的实际性能。为了获得最大的灵活性和控制力，该器件由微控制器使用 I 进行编程2C.

图1显示了1S2P系统架构以及评估两节电池并联充电所需的连接。Raspberry Pi控制三个评估板：一个MAX20743评估板（降压转换器）和两个MAX17330评估板（充电器+电量计）。数据记录在 Excel 文件中。

图1.使用树莓派的 1S2P 充电系统评估架构。

提供基于GUI的MAX17330评估板软件，可从MAX17330产品页面的“工具和仿真”选项卡下载。它可用于生成初始化文件（.INI），使用配置向导（从器件选项卡中选择）。INI文件包含寄存器地址/寄存器值格式的设备的寄存器初始化信息。这是微控制器用于通过寄存器配置MAX17330寄存器的文件。

MAX17330X2EVKIT数据资料详细介绍了生成初始化文件所需的不同步骤。配置如图2所示，用于开始并联充电。接下来，启用步进充电（见图3）。图 4 显示了基于图 3 中阶跃充电配置的预期步进充电曲线。

图2.配置MAX17330进行并联充电。

图3.启用步进充电。

MAX20734降压转换器用于在需要时增加施加到两个MAX17330评估板的电压。MAX20734降压转换器根据地址0x21处的内部寄存器值改变输出电压。降压转换器可通过 I 进行控制2C;Python 中的一个类已经编写了这样做。

最后，如图5所示，MAX20743EVKIT输出电压分压器修改为3 V至4.6 V输出范围（使用R6 = 4K7和R9 = 1K3）。

 

0x21寄存器值	电压
0x014E	3 V
0x0150	3.05 伏
0x0158	3.1 伏
0x015C	3.15 伏
0x0162	3.2 伏
0x0166	3.25 伏
0x016E	3.3 伏
0x0172	3.35 伏
0x0178	3.4 伏
0x017C	3.45 伏
0x0182	3.5 伏
0x0188	3.55 伏
0x018E	3.6 伏
0x0192	3.65 伏
0x019E	3.7 伏
0x01A4	3.75 伏
0x01A9	3.8 伏
0x01AE	3.85 伏
0x01B4	3.9 伏
0x01BA	3.95 伏
0x01BF	4 V
0x01C4	4.05 伏
0x01CB	4.1 伏
0x01D1	4.15 伏
0x01D6	4.2 伏
0x01DC	4.25 伏
0x01E2	4.3 伏
0x01E8	4.35 伏
0x01ED	4.4 伏
0x01F3	4.45 伏
0x01F8	4.5 伏
0x01FE	4.55 伏
0x0204	4.6 伏

 

从表 1 中，我们可以提取曲线：

其中x是我们要在输出端施加的电压。虽然这种方法会有轻微的误差，但它是从电压估计寄存器所需值的好方法。

通电和初始化

当MAX17330首次连接到电池时，默认寄存器值设置强制IC进入关断状态。要唤醒设备，请按 PKWK 按钮。这将缩短临时保护MOSFET，并以这种方式唤醒MAX17330评估板。

接下来，树莓派需要通过 I 进行通信2C 与所有三个设备。仔细初始化 I2C硬件，以避免设备地址冲突。默认情况下，两个MAX17330评估板使用相同的I。2C 地址。第一步是更改两个电量计之一的地址。

MAX17330具有易失性和非易失性寄存器，非易失寄存器以“n”前缀标识。这也会产生一对节点地址，6Ch（易失寄存器）和16h（NV寄存器）。

有两种方法可以更改MAX17330上的器件节点地址：

► 使用 I 设置 nPackCfg NV 寄存器2CSid 字段。可以使用配置向导设置此更改。请参阅表 3。
► I2CCmd 寄存器允许动态更改 I2C总线。见表4。

为了便于使用，我们使用第二种方法来更改地址，以便可以使用相同的INI文件来初始化两个设备。生成可由两台设备共享的设置可简化设备的配置，并消除必须手动输入地址时出现用户错误的可能性。

图4.基于图3中步进充电配置的预期阶跃充电曲线。

图5.输出电压分压器已修改为3 V至4.6 V的输出范围（R6 = 4 K7和R9 = 1 K3）。

由于两个MAX17330器件共享相同的I2C总线，此过程要求一个器件的ALRT信号必须设置为低电平，而另一个器件设置为高电平。

MAX4数据资料中的表17330显示了I2CCmd寄存器如何根据ALERT GPIO引脚值动态改变器件地址。在这种情况下，GoToSID 和 INcSID 字段用于更改 I2C 地址：

► 将ALRT_A逻辑设置为低
电平 ► 将ALRT_B逻辑设置为高
电平 ► 写入 I2CCmd = 0 × 0001 → MAX17330_A地址保持在 6Ch/16h → MAX17330_B地址设置为 ECh/96h
 

一旦每个设备都有自己唯一的地址，整个系统就可以由单个微控制器控制。

这是微控制器完成 I 的脚本2C 配置。这将是系统初始化的一部分。

► 加载 INI 文件
►断言ALRT_A和ALRT_B，以保持SYSP和BATTP之间的路径打开
►阅读VBATT_A和VBATT_B
► VMAX = 最大值（VBATT_A、VBATT_B）
► 设置 VOUT = VMAX + 50 mV
► 发布ALRT_A和ALRT_B
► 设置 nProtCfg.OvrdEn = 0 以使用 ALRT 作为输出

请参阅表 6。

非易失性空间中的某些寄存器需要重新启动固件才能使更改生效。因此，需要执行以下步骤：

►断言Config2.POR_CMD重新启动固件

请参阅表 7。

接下来，我们需要启用充电器的中断：

► set （Config.Aen 和 Config.Caen） = 1

请参阅表 8。

现在设备已初始化。

记录数据和中断

我们需要能够读取寄存器以记录数据并检查是否在警报 GPIO 行上生成了中断。我们可以使用此脚本：

设置 500 毫秒定时器
► VMIN = 最小值 （VBATT_A， VBATT_B）
► Vsys_min = nVEmpty[15：7]
► 交叉充电 = 假
► 如果 （VMIN VMIN + 400 mV 和 ！交叉充电）
确定要阻止的电池以避免交叉充电
配置2.块Dis = 1
还
配置2.块Dis = 0
如果低电量远低于高电池电量，则允许放电

见表9、10和11。

当ALRT从MAX17330置位时，主机将执行以下操作：

读取状态寄存器数据
如果设置
了 Status.CA 读取 ChgStat 寄存器
如果 ChgStat.Dropout = 1 →增加 V外
如果 （ChgStat.CP 或 ChgStat.CT） = 1 →减少 V外
清除 Status.CA

见表12和表13。

图6显示了从记录数据（Excel文件）中提取的并行充电图。请注意它如何遵循步进充电配置文件。

FProtStat 寄存器

图6.平行充电图。

或者，一旦器件从恒流（CC）阶段移动到恒压（CV）阶段，降压转换器产生的电压可以降低如下：

►如果 VBATT = 充电电压
                 阅读 ChgStat 注册
                   如果 ChgStat.CV = 1 →降低 VOUT，直到 VPCK = 充电电压 + 25 mV

这些是管理 1S2P 充电配置所需的所有步骤。MAX17330用户代码中包括.zip用于配置降压转换器（MAX20743）以及充电器和电量计（MAX17330）的Python代码。它还包括Excel数据日志，用于捕获重要的充电参数并评估步进充电曲线。通过管理MAX17330产生的报警信号，微控制器使MAX17330的线性充电器接近压差，从而最大限度地降低功耗，从而允许高充电电流。使用MAX17330的电池组存储上主微控制器实现高效快速充电所需的已安装电池的参数。这使得OEM厂商可以用更简单、更便宜的降压转换器替换标准充电器IC器件，而不会影响性能或可靠性。

结论

设备充电时间是最重要的用户体验考虑因素之一。使用MAX17330这样的降压转换器可以有效地管理非常高的电流，从而缩短小尺寸IC封装的充电时间。支持极高电流并联充电的能力，例如使用两个MAX17330，使开发人员能够以安全可靠的方式为多节电池充电，将充电时间降至最低。

审核编辑：郭婷