输入/输出板(EVAL-CN0352-EB1Z_IO)描述
使用ADP5065进行电池充电控制
ADP5065处理单个锂离子电池或锂聚合物电池所需的全部 充电控制，包括恒流(CC)模式、恒压(CV)模式和涓流充电 (TC)模式。TC模式可以测试深度放电电池，确保安全性。 ADP5065采用DC-DC开关转换器架构，相比更为传统的线 性稳压器而言，在充电过程中具有很高的效率。
ADP5065集成了多种重要特性来确保高可靠性，包括热管 理、电池故障检测和故障恢复。
ADP5065的充电参数——比如快速充电电流、充电终端电 流和充电终端电压——均可通过I2C接口编程设置。这种可 编程性使ADP5065能用于多种类型的锂离子电池，同时还 可作为完整的电池充电和测试控制器使用。
电池放电控制和电子负载(E-Load)电路
图2中虚线框内的电子负载(E-load)电路提供了可编程恒流 负载，采用AD8601精密CMOS运算放大器、4个1 W、1%功 率电阻，以及2个功率SIR464 MOSFET。
E-load电流目前由AD8601同相输入端上的控制电压精确控 制。控制电压(MCU板上的V_DAC)范围为0 V至1 V，产生 的负载电流为0 A至2 A。锂离子电池的典型放电终端电压 为3.0 V。此E-load允许的输出电压最小值为：
功率MOSFET和功率电阻在放电过程中消耗全部的电池电 能。此模块的冷却系统仅供演示用途，当放电电流高于 750 mA时，须额外注意确保足够的冷却性能。
由于MOSFET导通电阻具有正温度系数，可以将同样类型 的多个器件并联使用，并通过图2中显示为E-电路的单个 环路控制。这是扩展功率MOSFET电路功率处理能力的常 用方法。
图3中的采样保持电路控制各通道上的放电电压。 ADuCM360通过输出各通道的预配置放电控制电压然后导通相应的ADG715开关，从而按顺序刷新输入/输出板的放 电电压。
图3. 多通道电流控制电路的采样保持电路
任何时候都只有一个输入/输出板的ADG715开关闭合。0.1 F 电容在两次采样之间由DAC通过1 k电阻充电，在两次保 持之间通过10 M电阻(1 k接地)放电。充电和放电的带 宽分别约为1.6 kHz和0.16 Hz。对0.1 F电容上的电压放电 时需要使用10 M电阻，如果未连接MCU板则将放电电压 拉至接近地电压。
假定一个N通道系统的采样和保持时间分别为TS和TH，则 必须满足下列条件：
因此，更多的通道需要更长的保持时间，而漏电流导致电 压下降更大。对于CN-0352系统而言，N = 8，TS = 1 ms， TH = 7 ms，电压下降可以忽略。
热管理
大多数锂离子电池无法在低于0°C或高于60°C的温度下充 电。快速充电和放电只能在10°C到45°C范围内进行。
除了安全问题，锂离子电池的性能也可能随着温度而大幅 改变。因此，应精确测量电池温度，确保测试结果的可重 复性，同时也为了确保安全性。
使用10 k热敏电阻监控电池温度，该热敏电阻通过双线式 连接温度连接器模块。待测电池通常位于电路板附近，因 此热敏电阻引线电阻可以忽略。
输入/输出板上还有另一个10 k电阻，它连接ADP5065的 THR引脚，如图2所示。
该热敏电阻用来监控输入/输出板散热器附近的温度，因为 放电时温度相对较高。检测热敏电阻温度信息，并将其保 存在ADP5065充电器状态寄存器2中，同时MCU板通过I2C 总线对其监控。输入/输出板上有两个连接头，用来连接外 部风扇，并分配可配置脉冲宽度调制(PWM)信号。如果热 敏电阻温度低于45°C，则输入风扇的PWM信号由MCU设 为50%占空比。如果温度大于45°C，则占空比增加至 95%。如果温度超过60°C，则ADP5065自动停止充电过 程。温度阈值可以通过与热敏电阻并联或串联放置一个固 定电阻来微调。
电池连接和检测
待测电池通过四线式开尔文连接至输入/输出板，消除引线 电阻引起的误差。I+和I−连接线必须具有低引线电阻，以 便搭载充电和放电电流。V+和V−线路检测电池电压，只 有很小的偏置电流。通过测量0.02 、1%电流检测电阻， 从而检测充电和放电电流。
所有电池信息均以差分方式检测，增加鲁棒性并降低共模 误差——这很重要，因为充电和放电期间具有较大的接地 电流。
MCU板(EVAL-CN0352-EB1Z_MCU)描述
电压调理电路
图4中的电路是一个信号调理电路，可用于电压、电流和 温度通道。所有来自输入/输出板的信号均路由至 ADuCM360的模拟输入通道，并通过两个片上集成的24位 -型ADC进行数字化。
图4. EVAL-CN0352-EB1Z_MCU，利用ADuCM360进行信号调理、数据采集(原理示意图：未显示所有连接和去耦)
充电终端电压由ADP5065生成，并在3.5 V至4.42 V范围内 可调节，兼容各种类型的锂离子电池。放电终端电压通常 设为3.0 V。在特殊情况下，电池可能深度放电至远低于3.0 V 的电压。放电终端电压可以在0 V至5 V范围内设置，该范 围囊括了几乎全部的锂离子电池工作条件。
检测电池电压由AD8275(G = 0.2差动放大器)和 AD8276(单位 增益差动放大器)进行处理这两个放大器在平衡电路内连 接，提供总增益为0.2的差分输出以及1.8 V输出共模电压。
如图4所示，两个1 k电阻与AD8275输入串联连接，用作限 流保护电阻。200 电阻补偿由于1 k串联电阻导致的增益 下降，并将电路增益恢复至0.2。
利用以下公式：
VOUT+ 和 VOUT−最终电压为：
对于0 V至5 V电池电压范围，VOUT+和VOUT−分别在1.8 V至2.3 V 以及2.3 V至1.8 V范围内变化。差分输出电压(VOUT+ − VOUT−) 为0 V至1 V。这些范围符合ADuCM360的共模和差分输入电 压要求。
ADuCM360用于电压采集的配置如下：AIN3和AIN2上差 分输入、单极性、禁用缓冲器的单位增益，以及内部基准 电压源。
电流调理电路
电池电流通过与电池高端串联的0.02 电阻，在输入/输出 板上测量。假设测试期间的最大电流为2 A，则电阻上的最 大差分电压为±40 mV，共模电压等于电池电压(可能高 于4.2 V)。
AD8237 是一款微功耗、零漂移、轨到轨仪表放大器。简化 框图如图5所示。AD8237采用间接电流反馈架构，以实现 真正的轨到轨能力。共模输入电压可能等于或略超过供电 轨电压。
图5. AD8237原理示意图
AD8237电路增益以RF1与RG1的比例设为10.09 (G = 1 +RF1 / RG1)。RF2和RG2电阻消除输入偏置电流产生的误差。
±40 mV电流测量信号转换至±400 mV，基准电压为 AVDD_REG = 1.8 V。
放大和电平转换电流检测信号驱动ADuCM360的AIN5和 AIN4差分输入，该器件配置为双极性输入，增益为2，缓 冲器使能，内部基准电压源使能。ADuCM360内部ADC输 入端的差分电压为±800 mV。输入引脚上的绝对电压均为 1.0 V至2.6 V。
使用ADuCM360的两个内部ADC，同时对电流和电压信息 进行采样。
差分和共模RFI以及噪声滤波器分别位于AD8275、AD8237 和ADuCM360之前。
电池温度调理电路
电池温度采用位于电池包装附近或内部的10 k热敏电阻测 量。热敏电阻值通过采用已知电流驱动该热敏电阻，并测 量其上的电压而确定。
如图6所示，ADuCM360的集成电流源(I_EXT)通过串联网 络驱动10 k热敏电阻，该串联网络包含一个2.2 k精密电 流检测电阻、一个肖特基二极管(用于反向电压保护)、两 个1 k限流电阻以及一个10 k偏置电压发生器电阻。
图6. 电池温度调理电路
串联电路的最大压降为：
总压降必须低于(AVDD − 0.85 V)。激励电流限幅为：
因此，该电路最大允许激励电流为33.3 A。激励电流设为 10 A，因此10 k电阻上的电压低于0.5 V。ADuCM360内 部PGA设为增益2，ADuCM360内部缓冲器使能。
温度输入端的偏置电压为10 A × 10 k = 0.1 V，满足内部 缓冲器使能时ADuCM360的共模输入电压要求。
激励电流基准通道和热敏电阻电压通道同时采样，以便消 除任何共模误差源，比如激励电流源或电源中的偏移。
基准通道的温度采集配置为：差分输入、单极性、增益 = 32、 缓冲器使能、内部基准电压源。
热敏电阻通道的配置为：差分输入、单极性、增益 = 2、缓 冲器使能、内部基准电压源。
基板(EVAL-CN0352-EB1Z_BAS)描述
I2C接口扩展
基板提供输入/输出板和MCU板之间的连接。用户可以通 过不同的I2C DEV_ID访问特定输入/输出板上的ADP5065和 ADG715。图7中的逻辑采用ADuCM360的3位通用输入/输 出(GPIO)将SCLK信号路由至适当的输入/输出板。可以增 加更多通道；但是，更多的通道需要更高的ADC采样速 率、更大的MCU RAM尺寸、更快的放电电压刷新速率，以 及更高的上级处理器通信带宽。
图7. I2C接口扩展电路
电池通道数可以通过增加更多EVAL-CN0352-EB1Z系统扩 展，它们共享一个RS485总线，连接PC。这种情况下，每 一个模块都必须具有范围为1至255的唯一ID。ID0保留。 CN-0352评估软件扫描所有ID并记录各可用ID的ID和通道 编号。注意，RS485总线的波特率将会是使用这种方式时 通道扩展的限制因素。