LTC6802检测串联电池组电压电路设计 - 全文

　　摘要：介绍了串联电池组电压管理芯片LTC6802—2的特点和使用方法。分别以51单片机和TMS320LF2407为控制器，从通信的角度详细探讨在硬件设计和软件设计上应注意的问题，实现LTC6802—2对串联电池组电压的检测。并通过实验数据分析，验证了此方法的有效性。

　　1、LTC6802—2介绍

　　LTC6802—2内部含有12位的AD转换器，精密电压基准，高电压输入多路转换器和SPI串行接口。每个芯片可以检测12节串联在一起的电池。同时，芯片还支持串联使用，最多可以将16个芯片串联在一起使用，即最多可以检测12x16=192节电池串联组成的电池组。每个AD的转换范同为0～5V，因此每个芯片的检测串联电池组电压可达60V。另外，LTC6802．2在LTC6802—1的基础上进行了改进，增加了4位的外部编址接口A0～A3，可对其进行编址，方便了对某一指定检测单元的单独操作。另外，LTC6802．2还具有高温保护功能，电池过充过放电状态监视，电量均衡功能。

　　LTC6802．2有种工作模式：待机模式、测量模式和监事模式。上电默认为待机模式，此模式下，只有串口和5V的稳压基准源处于工作状态，其他所有电路均不_T=作。必须通过串ISI通信，对LTC6802．2进行配置才可以启动其他电路，此时可向CFGR0的CDC［2：0］位写入非0的值使其退出待机模式，LTC6802—2退出待机模式后VREF引脚可以检测到3．075V的脉冲基准电压信号，否则检测电压为0V，这可以作为判断串口通信成功的检测依据。

　　2、硬件设计

　　本文主要以51单片机和TMS320LF2407为主控器，分别介绍他们的硬件接口电路，并分析调试过程中遇到的问题。

　　2.151单片机与LTC6802—2的通信接口

　　图1给出了以51单片机为控制器的控制电路，在保证电路正常工作条件下，外围电路以最简单的形式给出。如果电池选用大容量动力电池，则要考虑加钳位保护电路，防止c引脚出现大的电流而损坏芯片。因为51单片机和LTC6802．2的通信接口均为5V工作电压，在只有一片LTC6802．2接入时，可以不加隔离器件，直接进行串口通信。

　　51单片机的SPI串行通信接口使用P1．O～P1．3来模拟，模拟SPI接口时需要注意，该接口没有做其他的扩展用途，如果接有其他的扩展电路，在进行SPI通信时要进行屏蔽，否则有可能对串行通信造成干扰，导致无法正常通信。

　　2.2TM$320LF2407与LTC6802—2的通信接口

　　TI公司的TMS320LF2407内部自带SPI串行通信模块，利用此模块可以简单地实现DSP与LTC6802—2的通信。通信中需要注意的是，通用SPI模块一般是每进行一次读写操作CS引脚就分别给出相应的片选信号，但根据LTC6802．2的时序需求，每次片选有效时，都要进行多次的读写操作。因此，此处不能使用SPI模块的片选，实验中选取DSP的PB4来给定片选信号。

　　设计中需要注意的另一点是数字隔离器件的选取。因为LTC6802—2的5V基准电源的驱动能力比较弱，最大只能提供负载4mA的电流，所以选择数字隔离器件时必须选择低功耗器件，否则，功耗过大将导致LTC6802—2芯片发热，基准电源电压下降，当降至4．1V时，芯片将无法正常工作。本文选取ADUM14115_，它是ADI公司开发的一款超低功耗4通道数字隔离芯片，复合此处SPI通信的需求，并且功耗低，最高通信速度可达到10M，也满足通信的需求。图2是TMs320LF2407与LTC6802．2的工作电路。

　　3、软件设计

　　软件设计中主要需注意的是SPI通信的时序要与LTC6802．2的时序相匹配，时钟频率必须小于1M，通信模式按照LTC6802．2的规定cPHA：l和CPOL=1（其时序图如图3），但是由于TMS320LF2407的SPI通信模式与标准定义的差别，TMs320LF24O7的通信模式应该设为PHASE=0和PO．

　　LARITY=I。另外，需要注意的是由于TMs320LF2407自带SPI通信模块式的特点所限，在进行读取数据操作时需要虚发操作，已启动时钟，才能正常读取数据。

　　因为LTC6802—2支持多次的连续读写操作，因此，通信过程中选取通用I／O作SPI通信的CS片选信号，而不是直接用SPI模块的片选信号引脚。使用LTC6802．2进行电压转换前需要先对其进行初始化，即写配置寄存器组CFGR0～CFGR5。读数据时要先发送要读取的LTC6802．2的地址f由A0~A3引脚接线确定），然后发送读数据指令，再进行读操作。其操作写控制寄存器步骤如下：（1）拉低CSBI；（2）发送写配置寄存器命令；（3）发送配置寄存器数据（cmm，CFGR2，…CFGR5）；（4）抬高CSBI。

　　读取电压数据操作步骤如下：（1）拉低CSBI；（2）发送要读取的LTC6802地址；（3）发送读电压命令；（4）发送电压寄存器中电压数据（CVRO0，CVRO1，…CVR17，PEC）；（5）抬高CSBI。在读取电压过程中，如果电池电压有较大的变化或波动会使LTC6802复位，进入上电默认待机状态，此时读取电压寄存器的值是不变的，为最后一次测量值，因此每次读电压时尽量进行一次初始化配置，具体读电压流程如图4。

　　软件设计上，51单片机模拟SPI通信与通用的模拟程序类似，下面主要介绍以TMS320LF2407的SPI接口进行通信的软件设计。

　　（1）初始化，程序如下：

　　voidLtc68O2Init（void）

　　{uchari，bur，Ltc6802；

　　CFGR［0］=0x01；／／配置寄存器的初始化

　　CFGR［1］=0x00；

　　CFGR［2］=0x00；

　　cFGR［3］=OxO0；

　　CFGR［4］=VUV：

　　CFGR［5］=VOV；

　　do

　　{CL_CSBI；／／片选信号，托低CSBI

　　SpiWrite（WRCFG）；／／写配置寄存器

　　for（i=0：i《6：i++1

　　{SpiWrite（CFGR［i］）；）

　　SET—CSBI；

　　delay（60）；

　　Ltc6802OK=1：

　　CL_CSBI：

　　SpiWrite（0x80）；11图2中接线可知地址为0

　　SpiWrite（RDCFG）；

　　fbr（i=0；i《6；i++）

　　fif（i--0）buf=SPIreadO／0x80；

　　elsebur=SPIread0；

　　ifbufi=CFGR［i］1

　　{Ltc6802=0；break；）

　　}

　　SET_CSBI；

　　}while（Ltc6802）；／／配置不对重新配置

　　}

　　（2）写数据子函数

　　voidSpiWrite（uintbuf）

　　fuintflag=0；

　　SPITXBUF=bufl8；／／TMS320LF2407发送缓存寄存器为16

　　位，从高位开始发

　　while（1）／／8位数据，将数据写入寄存器高8位

　　{flag=SPISTS&0x40；

　　if（flag==0x40）break；

　　j

　　SPIRXBUF=SPIRXBUF：

　　}

　　（3）读数据子函数

　　uintSPlread0

　　{uintflag，buf；

　　SPITXBUF=O；

　　while（1）

　　{flag=SPISTS&0x40；

　　if（flag==0x40）break

　　}

　　buf=-SPIRXBUF；

　　returnbuf；

　　}

　　文中给出的初始化数据是只测量12接单体数据的情况下配置数据，根据系统需要，如果要对电池的过充电和过放电状态进行监控或连接电池少于12节，可以对CFGR0--CFGR5进行进一步的设置。

　　4、测量结果分析

　　对于电压检测，稳定度非常重要。稳定度越高，说明系统检测也准确，误差也越小。因为LTC6802—2内部是12位的AD，最小检测步长是1．5mV，对检测电压保留三位小数，对12节锂离子电池的测量数据进行记录，测量结果如表1。

　　对检测的电压值求方差，可以看到方差几乎为0，也就是说，检测电压比较稳定，而且检测精度较高。

　　5、结论

　　利用LTC6802—2检测串联电池组电压，单体电池串联数量多，电路结构简单，测量速度快，测量精度高，能满足一般的检测需求。另外，LTC6802．2是一款电池管理芯片，还具有温度保护功能，检测电池过充和过放电状态，还能对串联电池组进行均衡控制，只需要增加简单的外围电路和寄存器配置即可实现这些功能。因为实现了电池电压的检测，可以通过控制器判断电池的过充和过放电状态，从而进行更好的均衡电池电量，所以文中并没有对这些功能进行详细研究。但是，利用这种方法测量电池的电压，对更好地监视电池的充放电状态和能量均衡具有非常重要的意义。