Atmel ATAVRSB202智能电池板硬件用户指南解析

一、引言

在电池管理系统的设计与开发中，一款性能优良的评估和开发套件至关重要。Atmel ATAVRSB202智能电池板就是这样一款为Atmel AVR智能电池设备——Atmel ATmega32HVB量身打造的套件。它适用于由2、3或4节锂离子和锂聚合物电池串联组成的电池组，具备自主电池保护以及高精度的电压、电流和温度监测能力，能有效保护电池组及其周围环境，充分发挥电池的性能。该套件包含硬件和固件两部分，本文主要聚焦于硬件部分的介绍。

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二、ATAVRSB202硬件特点

2.1 整体特性

• 评估与开发功能：作为Atmel ATmega32HVB智能电池设备的评估和开发套件，为电池管理系统的开发提供了便利。
• 高端N - FETs：采用高端N - FETs，有助于实现高效的电池充放电控制。
• 高精度电流测量：配备5mΩ感测电阻，通过18位CC - ADC进行电流测量，能精确获取电池电流信息。
• 输入滤波：为12位电压ADC的电池电压输入提供滤波功能，提高电压测量的准确性。
• 单面布局：所有组件都布置在电路板的一侧，方便安装和维护。
• 极性安全FET：防止因充电器极性接反而导致电池损坏，增强了系统的安全性。
• 安装孔：设有用于安装针脚插头或电线的孔，便于与其他设备连接。
• 编程与调试接口：具备ISP连接器，可通过SPI进行编程，并通过debugWIRE接口进行调试。

2.2 硬件组成部分

2.2.1 主区域

主区域包含了电池组设计所需的所有电路，主要有Atmel ATmega32HVB设备、充电和放电N - FETs、5mΩ感测电阻、去耦电容、用于电压和电流ADC的滤波电容/电阻以及ESD保护电路。这些组件协同工作，确保电池的安全充放电和精确的参数监测。

2.2.2 连接器和支持区域

• 针脚插头孔：该区域设有三个针脚插头孔，分别为1x2、1x5和2x12针，可访问多个信号和设备引脚。不同针脚对应的信号和功能各不相同，具体如下：
  • 1x2针脚插头孔：包含电池组正输入/输出（PACK +）和负输入/输出（PACK -）。
  • 1x5针脚插头孔：用于连接电池组各节电池的正极端子，如CELL + / PV4、PV3、PV2、PV1以及电池组负极端子（CELL - / NV）。
  • 2x12针脚插头孔：涵盖了电压参考正引脚（VREF）、电压参考地引脚（VREF Gnd）、设备供电引脚（VFET）、电压调节器输出引脚（VREG）等多种信号引脚。
• ISP连接器：可通过SPI总线接口进行系统内编程，其连接信号包括MISO、VCC、SCK、MOSI、RESET和GND。
• 极性安全FET：当充电器极性接反时，该FET能避免大电流从电池流出，保护电池和设备安全。它通过将放电FET的源极拉至负输入电压，防止因反向电压导致的异常电流。
• 板ID系统：用于让Atmel SB200识别插入的电路板。用户需在软件中选择是2、3还是4节电池的应用场景。不过，该系统对于SB202的独立使用或使用ATmega32HVB的设计并不重要。
• 电池均衡：ATmega32HVB包含内部电池均衡FETs，通过内部寄存器控制，可在SB202上的NV、PV1、PV2、PV3和PV4之间启用FET。电池均衡电流需通过串联电阻R12、R13、R15、R16和R17进行限制，且应在ATmega32HVB数据手册规定的范围内。

2.2.3 边缘连接器

边缘连接器可快速、安全地连接到Atmel ATAVRSB200演示板，方便进行系统级的测试和开发。

三、电池连接方法

3.1 四节电池应用

将四节电池串联连接到SB202时，电池一的负极端子连接到CELL -，电池二的负极端子和电池一的正极端子连接到PV1，电池三的负极端子和电池二的正极端子连接到PV2，电池四的负极端子和电池三的正极端子连接到PV3，电池四的正极端子连接到CELL + / PV4。通过PACK +和PACK -对电池进行充电或放电。要启动设备并打开FETs，需要充电器启动充电条件。

3.2 三节电池应用

对于三节电池的应用，电池一的负极端子连接到CELL -，电池二的负极端子和电池一的正极端子连接到PV1，电池三的负极端子和电池二的正极端子连接到PV2，电池三的正极端子连接到PV3。PV3和CELL + / PV4需通过Atmel SB200上的PCB走线或电线连接。当SB202通过侧连接器连接到SB200时，SB200的跳线应安装到代表电池节数的正确插座上，否则可能存在短路风险。若SB202独立用于开发，需焊接电线进行连接。同样，通过PACK +和PACK -对电池进行充电或放电，启动设备需充电器启动充电条件。

3.3 二节电池应用

二节电池应用的连接方式为：电池一的负极端子连接到CELL -，电池二的负极端子和电池一的正极端子连接到PV1，电池二的正极端子连接到PV2。PV2和CELL + / PV4需通过Atmel SB200上的PCB走线或电线连接。连接到SB200时，跳线安装要正确，否则有短路风险；独立开发时需焊接电线。充电和启动方式与上述相同。

四、二次保护

电路板上预留了二次保护电路的焊盘，可焊接Seiko保护电路（型号为S - 8244AAGPH - CEGTFG，4.45V）来实现二次保护功能。同时，还设有索尼保险丝（型号为SFH - 1412A）的焊盘，焊接该保险丝时需切断其下方的走线。用于熔断保险丝的FET可选用SOT - 23封装且额定电流能熔断保险丝的任意FET，如PMV31XN FET。电阻和电容的焊盘适用于SMD 0402封装。

五、编程与调试

5.1 编程

可通过ISP插座使用Atmel STK500、Atmel STK600、Atmel AVRISPmkI/mkII、Atmel AVR JTAGICE mkII和Atmel AVR Dragon等工具对电路板进行编程。具体连接方式可参考Atmel ATmega32HVB数据手册和Atmel AVR Studio帮助文档。

5.2 调试

Atmel ATmega32HVB支持通过debugWIRE接口进行片上调试，可使用AVR JTAGICE mkII或AVR Dragon。需要注意的是，若未启用debugWIRE接口，需通过ISP接口启用，调试完成后应禁用该接口以恢复ISP功能。否则，保持debugWIRE启用（DWEN）保险丝开启会增加电流消耗。

六、上电操作

关于如何将设备从断电模式唤醒以启用编程和/或操作，可参考ATmega32HVB数据手册。Atmel SB200可自动或手动提供此功能。

七、使用注意事项

在SB200中使用SB202时，要确保选择的电池节数与电路板匹配。若连接的电池节数超过所选节数，可能会导致电路板走线短路损坏。

八、规格参数

8.1 电气参数

• 最大连续电流：±6A
• 最大输入电压：16.8V

8.2 典型功耗

频率（MHz）	活动模式（μA）	空闲模式（μA）	省电模式（μA）
1	760	215	85

应用电流消耗取决于固件以及Atmel ATmega32HVB中的通信是否活跃。

九、其他资料

原理图、组件布局和物料清单（BOM）可从Atmel AVR应用笔记的.zip文件中下载。

十、重要声明

该评估板/套件仅用于进一步工程、开发、演示或评估目的，并非成品，可能不符合某些或所有适用于成品的技术或法律要求。Atmel按“原样”提供该板/套件，不提供任何保修，用户需自行承担妥善和安全处理货物的责任，并对因货物处理或使用产生的所有索赔向Atmel进行赔偿。同时，由于产品结构开放，用户需对静电放电和其他技术或法律问题采取适当的预防措施。

在实际的电子工程师设计中，你是否遇到过类似的电池管理系统开发挑战？对于ATAVRSB202的这些特性和功能，你认为在哪些应用场景中会发挥最大的优势呢？欢迎在评论区分享你的看法和经验。