串聯(lián)電壓基準(zhǔn)提高鋰離子電池充電管理的精確度

電壓參考對于確保任何測量應(yīng)用的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。對于采用能量收集技術(shù)的傳感器應(yīng)用，工程師需要管理非常緊湊的功率預(yù)算，超低功耗電壓基準(zhǔn)可提供所需的精度，同時消耗極少的電流。使用ADI公司，Intersil公司，凌力爾特公司，Maxim Integrated公司，德州儀器公司和Touchstone半導(dǎo)體公司等制造商提供的可用器件，工程師可滿足精確低功耗電壓基準(zhǔn)的需求。

用于監(jiān)控實際特性，精度的應(yīng)用取決于對已知電壓參考執(zhí)行測量的能力。在傳感器系統(tǒng)中，穩(wěn)定的參考電壓對于ADC的精確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至關(guān)重要，或者對于需要仔細(xì)控制優(yōu)化鋰離子電池操作所需電壓的能量存儲設(shè)計至關(guān)重要。設(shè)計人員可將凌力爾特公司的LTC6802鋰離子電池監(jiān)測器與Linear LT1461電壓基準(zhǔn)結(jié)合使用，以提供高精度的鋰離子電池充電管理（圖1）。

圖1：電壓參考文獻(xiàn)提供了應(yīng)用所需的高精度，例如那些取決于鋰離子儲能所需的精確充電管理的應(yīng)用（由Linear Technology提供）。

電壓基準(zhǔn)旨在提供具有高精度和穩(wěn)定性的已知輸出電壓。當(dāng)然，由于制造和環(huán)境條件，任何真實設(shè)備都會受到理想的變化。制造商的數(shù)據(jù)表為工程師提供關(guān)鍵器件特性的規(guī)范，旨在傳達(dá)由于內(nèi)在和外在因素引起的輸出電壓誤差。

性能特征

在電壓參考性能規(guī)范中，一些最重要的包括初始精度，溫度漂移，長 - 長期穩(wěn)定性，熱滯后，噪聲，線路和負(fù)載調(diào)節(jié)，以及一般工作特性，如電源電流和電壓范圍。精密電壓基準(zhǔn)如下所述具有單位數(shù)mV初始精度，低兩位數(shù)的溫度系數(shù)（ppm/°C）和μV噪聲電平。

電壓基準(zhǔn)IC可用于多種性能選項，但它們的基本特征來自它們作為分流參考或系列參考的基本拓?fù)洌▓D2）。

圖2：分流參考（a）通常是類似齊納的雙端器件運行中的二極管，而串聯(lián)參考（b）通常是三端器件，更接近低壓差（LDO）穩(wěn)壓器（德州儀器公司提供）。

分流器件是雙端器件，具有簡單的優(yōu)點在廣泛的操作條件下設(shè)計和良好的穩(wěn)定性。雖然它們在操作中類似于齊納二極管，但它們通?？捎米餮诼颀R納二極管或帶隙器件。分流參考使用外部電阻設(shè)置電流，允許它們在高電源電壓下使用，并在設(shè)計中配置為負(fù)電壓或浮動參考。另一方面，這些器件將未使用的電流分流到地，導(dǎo)致低負(fù)載條件下的能量浪費。

系列參考

相比之下，串聯(lián)基準(zhǔn)電壓的功耗僅限于負(fù)載電流和它們自身的靜態(tài)電流需求，使其成為功率預(yù)算緊張的能量收集應(yīng)用的理想選擇。具有超低功耗要求的串聯(lián)電壓基準(zhǔn)在整體系統(tǒng)穩(wěn)定性方面提供了進(jìn)一步的優(yōu)勢。通常，電壓基準(zhǔn)需要顯著的導(dǎo)通時間，以使輸出電壓穩(wěn)定在所需的參考電平。在靜態(tài)電流足夠低的情況下工作的器件允許工程師不斷為其供電，確保傳感器應(yīng)用的最高精度和最小延遲。穩(wěn)定的常開電壓基準(zhǔn)可消除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，電池監(jiān)測或其他關(guān)鍵測量應(yīng)用中死區(qū)時間的可能性，因為在需要限制能量的應(yīng)用中，可能需要關(guān)閉更耗電的電壓基準(zhǔn)IC以節(jié)省功耗。

工程師可以在器件系列中找到具有幾十μA靜態(tài)電流的電壓基準(zhǔn)，包括ADI公司的ADR291/ADR292，Intersil ISL60002，Linear Technology LT6656，Maxim Integrated Products MAX6018，Texas Instruments REF3312AIDCKT和Touchstone Semiconductor TS6001。

Analog的ADR291/2器件具有低至12μA的靜態(tài)電流，初始精度可用于不同的器件等級，包括ADR291的±2 mV，±3 mV和±6 mV或±3 mV，±4 mV和±6 ADR292的最大mV。

凌力爾特公司的LT6656精密電壓基準(zhǔn)的初始精度為0.05％。與此同時，該公司指出，與同類產(chǎn)品中的所有設(shè)備一樣，單個部件將顯示平均值的正常變化，要求工程師考慮高精度應(yīng)用的各個部件差異（圖3）。

圖3：由于制造和物理變化，各個電壓基準(zhǔn)IC的性能特性將偏離理想的數(shù)據(jù)表規(guī)范（由Linear Technology提供）。

與此類別中的其他串聯(lián)型器件一樣， Maxim Integrated Products MAX6018系列具有幾乎與電源電壓無關(guān)的電源電流，電源電壓僅為0.1μA/V變化。 Maxim提供采用纖巧SOT23-3封裝的MAX6018，旨在滿足緊湊型設(shè)計的要求。

同樣，德州儀器也提供采用SOC23-3和SC70-3封裝的REF33xx系列。與同類產(chǎn)品中的許多其他器件一樣，REF33xx系列可以在非常接近輸出參考電平的電源電壓下工作。在正常負(fù)載條件下，工程師可以在高于指定輸出電壓180 mV的電源電壓下操作REF33xx，但REF3312除外，其最小電源電壓為1.8 V.

低溫漂移對于獲得一致的結(jié)果非常重要改變熱條件，此類設(shè)備通常具有低漂移特性。 Touchstone半導(dǎo)體TS6001結(jié)合了27μA電流要求和低于0.08％的初始輸出電壓精度，低輸出電壓溫度系數(shù)為7 ppm/°C，在各個部件上保持大致均勻（圖4）。 img src = 3》

圖4：精密電壓基準(zhǔn)IC具有低溫漂移，在不同單元之間保持很大的一致性（由Touchstone半導(dǎo)體公司提供）。

具有μA級靜態(tài)電流的器件，如上所述，領(lǐng)先的性能特性，工程師可以找到具有更低電流要求的部件。 Intersil ISL60002采用專有的浮動門模擬技術(shù)，可實現(xiàn)低至350 nA的靜態(tài)電流。憑借其超低電流要求，ISL60002為工程師提供了使設(shè)備保持通電以進(jìn)行連續(xù)操作的選項。另一方面，ISL60002的極低電源電流導(dǎo)致內(nèi)部電路偏置所需的導(dǎo)通時間更長，這表明在將電壓基準(zhǔn)器件特性與應(yīng)用性能要求相匹配時常見的折衷方案。

除了基本的參考功能外，工程師還可以找到先進(jìn)的串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)，集成超出精密電壓輸出的附加功能。凌力爾特公司的LT6700將其電壓基準(zhǔn)電路與兩個帶滯后的片上比較器結(jié)合在一起，采用6引腳SOT-23或小型DFN封裝。 LT6700的工作電流僅為6.5μA，工程師可以使用開集電路比較器輸出輕松地將電壓監(jiān)控建立在低功耗應(yīng)用中。

結(jié)論

精密電壓基準(zhǔn)對于許多能量收集應(yīng)用中的精確測量功能至關(guān)重要。串聯(lián)型電壓基準(zhǔn)IC提供穩(wěn)定工作和極低電流消耗的組合，以確保這些設(shè)計的精度。使用可用的電壓參考設(shè)備，工程師可以確保從傳感器系統(tǒng)到關(guān)鍵鋰離子電池電壓監(jiān)測電路等應(yīng)用所需的精確測量。