當今許多便攜式消費電子設備都由小型紐扣或紐扣電池供電。當然，用戶期望電池續航時間長，電池電量信息可靠。然而，在不顯著影響所述 SOC 的情況下有效監控這些電池的健康狀況和充電狀態 （SOC） 可能非常具有挑戰性。在本應用筆記中，了解用于小型電池的簡單低功耗監測電路如何應對這一挑戰。

監控電池電壓和溫度

系統工程師在預算設計的功率要求時是一項重要任務。看 整個系統，微控制器/微處理器充當“大腦”，可靠地管理系統和 執行所需的功能。通常耗電的控制器是系統的主力，因此它不會 讓控制器完成所有工作是有意義的。為了防止系統功耗，控制器需要長時間保持睡眠狀態，因為它會尋找GPI引腳中存在的標志。

為了持續監控系統的重要功能，許多工程師正在轉向低功耗電路。這些 電路標記微（通常以中斷的形式）以在某些事件發生時執行所需的職責。 監測和控制電池供應狀態是它們的另一個關鍵功能。當電池 輸入電壓低于要求，電池放電，需要充電。同樣，當 電池輸出高于要求，當電池完全充電且不需要時，可以斷言一個標志 進一步充電。監測電池外殼溫度也很重要，因為這提供了寶貴的見解 進入負載條件、環境溫度或故障的存在。

具有窗口功能的模數轉換器（ADC）或比較器提供了簡單的監控解決方案 電池電壓和溫度。還設計了復雜的電池監視器和燃油表 專門用于此功能。但必須謹慎權衡，保持功率、速度、準確性、成本和 考慮到外形因素（空間限制）。不同的系統可能需要不同的優先級 前述列表，影響整體系統設計。在檢查電池電壓監控和 使用比較器進行溫度監測，本應用筆記首先介紹一些基本但重要的 有關電池的信息。

二次電池的限制

二次電池或可充電電池的化學成分和結構各不相同。這些 反過來，差異決定了比功率（輸送到負載的最大電流）、壽命和熱 電池單元的穩定性。還需要權衡：比功率越高，越低 安全等級、壽命、成本，反之亦然。

二次電池會磨損，具有充放電生命周期，并具有某些限制，包括：

它們在一段時間內可以為指定范圍的輸出電壓提供的電流量

它們可以吸收的電流量（充電期間）

最大安全電壓（可以充電的電壓等級）

最低安全電壓（可以使用它們的電壓等級）

它們可以承受的熱量或冷量

這些限制中的每一個都會影響電池的使用壽命。不遵守這些條件會導致電池 早點磨損甚至爆發。上述額定值根據電池容量而變化，即 與外形尺寸或大小成正比。

便攜式電子產品二次電池

表1顯示了最常見的二次/可充電單節電池的典型特性。

最大安全工作電壓是指稱為完全充電并準備就緒的電壓。嘗試收取更多費用是可能的，但伴隨著縮短壽命的風險（有時是災難性的）。

最小截止或斷開電壓是假設電池已耗盡的電壓。將電池電壓降至截止點以下會縮短電池壽命。

循環壽命和壽命不同。每次電池經過循環充電放電時 考慮循環壽命。您對智能手機充電/放電的頻率越高，您的使用壽命就越短 可以期待。

表 1.二次/可充電單節電池的典型特性

如表1所示，鋰聚合物的循環壽命可能較低，但其外形尺寸、重量和 最大-最小額定電壓（電荷密度）具有更多優勢。在便攜式電子產品中，鎳合金 通常使用組合電池和鋰離子組合電池。這些類型的應用程序很少使用 鉛酸電池，因為它們通常太重（能量重量比）。重復的完全放電循環 對這些電池的化學特性施加了極大的壓力，從而縮短了它們的使用壽命。雖然他們在其中 最便宜的電池，鉛酸和鎳鎘類型對環境有害，主要是 用于獨立/備用電源。

自放電和功率預算

自放電是指通過內部不需要的化學反應降低電池容量。這就是為什么 即使不使用電池，保質期也會縮短。考慮額定值為 1000mAh. 容量速率或 C 速率表示電池放電到最大時的速率 能力。1C表示電池可以提供1000mA一小時，直到完全放電。同樣地 0.5C表示電池可以提供500mA電流兩個小時，直到放電。

在一個月內放電1000mAh容量的電池的一個非常合理的近似值是大約

或

放電電流。

因此，每月 1% 容量的自放電（來自表 1）相當于放電電流的 1% 0.001388C，即（1000mAh/720小時）≈14μA。

如果應用電路消耗的電流小于放電電流，則電池受保質期限制， 不是應用電路消耗的電流。MAX40000/MAX40001 （1.11mm x 0.76mm基底面）和MAX40003/MAX40004 （0.73mm x 0.73mm基底面）超低功耗比較器具有內部基準 靜態電流低于 1μA。較低的靜態電流與典型的自放電電流相當 電池單元的速率，使這些器件成為功耗時功率監控的首選 要求很嚴格。

具有微功耗比較器的電池狀態 圖1顯示了監視電池狀態的簡單比較器。比較器輸出電壓從 在充滿電的情況下從高到低，從低到高表示完全放電的電池電壓。 為了產生正確的輸出狀態，電路采用外部遲滯和選定的閾值來實現。

圖1.具有遲滯功能的比較器，用于指示“充電”和“放電”電池電壓。

所示比較器是具有內部基準的纖小尺寸器件，消耗900nA靜態電流。 使用大值電阻實現電路可確保總工作電流與 電池單元的典型自放電率。該電路采用低至 1.7V 的電源電壓工作 并且需要小于 2μA 的電源電流。這確保了，即使對于剩余電量最小的電池 充電后，電路仍產生正確的輸出狀態。

表2提供了實現V跳變點的典型元件值.BAT（五H->L和 VL->H） 電池監控。

表 2.電池監控的典型組件值 （VDD= V上拉= 1.8V， V黨衛軍= 接地）

表2提供了實現電池狀態監控應用的典型特征元件值。 與表1相比，確定的閾值提供了更窄的滯后帶，從而允許更多 用于部件公差和變化的緩沖。整個電路在跳變點上提供 ±1% 的精度和 0.5% 的跳變點精度 圖1所示電路的容差電阻。為了獲得更好的精度性能，更嚴格的電阻容差 被使用。

鋰離子/鎳鎘電池電壓監測 MAX9065為單芯片方案，用于監測
電池電壓。它具有兩個內部比較器，帶有內部基準和電阻串，以形成一個窗口比較器。它所需要的只是將電池輸出連接到IN和VCC輸入端。此外，該器件可執行低至 1.0V 的電源輸入。這使得即使電池超過放電電壓，應用程序也能工作。 該器件有兩種類型：MAX9065E和MAX9065A。MAX9065E監測單節鋰離子電池，MAX9065A提供鎳鎘電池監測。

圖2顯示了解決鋰離子和鎳鎘電池監控問題的雙通道比較器方法。適當的旅行 內部設置的點可減少元件數量和面積，精度為 ±1%。

圖2所示的應用電路功耗小于1μA，只需1.0V電源輸入即可工作，因此即使電池超過放電電壓，應用也可以工作。

圖2.使用MAX9065監測鋰離子、鎳鎘電池。

溫度監測器

過高的溫度通常預示著問題，并可能永久損壞電子設備。有 各種潛在原因，包括環境溫度高、功耗過高或電池不正確 充電/放電。撇開原因不談，每當溫度過高時，系統都應關閉 保護。

圖3所示為采用負溫度系數（NTC）的MAX40004 th的簡單電路 用于監控器件溫度的熱敏電阻。它通常放置在靠近電池組的地方，以確保其 環境溫度非常接近電池的溫度。

NTC熱敏電阻的電阻與溫度成反比。例如，100kΩ標稱熱敏電阻 +25°C時容差為0.5%時為100kΩ，但在+85°C時，其相應電阻約為8.8kΩ。R1 是 1.08MΩ，R2為120kΩ。在+85°C時，比較器同相輸入端的電壓剛好足以使 輸出為低電平。該器件的內部遲滯提供 15°C 遲滯，以降低對噪聲的敏感性。

圖3所示的比較器采用節省空間的4焊球WLP，所需電流小于500nA 靜態電源電流。該應用的總電源電流消耗低于 2μA。

圖3.使用MAX40004進行溫度監測

總結

電池監控和保護電路需要很少或不需要功率預算，可以在 移動和可穿戴電子設備。

審核編輯：郭婷