想象一下，你的女兒在沖浪板上捕捉她的第一波，你的攝像機關閉了，因為電池（幾分鐘前你開始拍攝時讀數半滿）突然沒電了。問題是電池電量計不準確。不準確的電量計是一個常見的麻煩，因為許多便攜式設備直接從電池電壓中獲得剩余電池容量。這種方法很便宜，但不準確，因為電池電壓和容量之間的關系對溫度、負載條件和使用歷史有著復雜的依賴關系。

通過不僅監測電池電壓，而且通過跟蹤進出電池的電荷，可以實現更準確的電池測量。對于需要精確電池氣體測量的應用，LTC2941 和 LTC2942 庫侖計數器是小巧且易于使用的解決方案。這些功能豐富的設備體積小，集成度高，可輕松安裝到最新的手持設備中。

LTC?2941 是一款電池電量計器件，專為與單節鋰離子電池和具有 2.7V 至 5.5V 端電壓的其他電池類型配合使用而設計。精密庫侖計數器通過電池正極端子與負載或充電器之間的檢測電阻集成電流。高端檢測電阻可避免在應用中分割接地路徑。充電狀態在累積電荷寄存器 （ACR） 中不斷更新，可通過 SMBUS/I 讀取2C 接口。LTC2941 還具有用于累積充電的可編程高門限和低門限。如果超過閾值，設備將使用 SMBUS 警報協議或通過在內部狀態寄存器中設置標志來傳達警報。

LTC2942 為 LTC2941 的庫侖計數器功能增加了一個 ADC。ADC測量電池電壓和芯片溫度，并為這些量提供可編程閾值。

LTC2941 和 LTC2942 是引腳兼容型，并采用纖巧型 6 引腳 2mm × 3mm DFN 封裝。正常工作時，每個器件的功耗僅為 75μA。圖 1 示出了監視單節鋰離子電池充電狀態的 LTC2942。

圖1.利用 LTC2942 監視單節鋰離子電池的充電狀態。

模擬積分器可實現精確的庫侖計數

電荷是電流的時間積分。LTC2941 和 LTC2942 采用一個連續時間模擬積分器，根據檢測電阻器 R 兩端產生的壓降來確定電荷意義如圖2所示。

圖2.LTC2942的庫侖計數器部分。

SENSE 和 SENSE 之間的差分電壓+–施加于自歸零差分積分器，將測量電流轉換為電荷，如圖2所示。當積分器輸出斜坡上升到 REFHI 或 REFLO 電平時，切換 S1、S2、S3 和 S4 以反轉斜坡方向。通過觀察開關的狀況和斜坡方向，確定極性。可編程預分頻器調整積分時間以匹配電池容量。在預分頻器的每次下溢或溢出時，ACR 值遞增或遞減一個計數。累計費用的值通過 I 讀取2C 接口。

使用模擬積分器將LTC庫侖計數器與市場上大多數其他燃氣表區分開來。通常使用ADC定期對檢測電阻上的壓降進行采樣，并對采樣值隨時間進行數字積分。此實現有兩個主要缺點。首先，采樣時刻之間發生的任何電流尖峰都會丟失，這會導致精度相當差，尤其是在具有脈沖負載的應用中。其次，數字集成將精度限制在可用時基的精度上——如果沒有額外的外部元件提供，通常較低。

相比之下，LTC2941 和 LTC2942 的庫侖計數器在寬輸入信號、電池電壓和溫度范圍內實現了優于 1% 的準確度，無需此類外部組件，如圖 3 和圖 4 所示。

圖4.充電誤差與溫度的關系。

集成檢測電阻器版本 LTC2941-1 和 LTC294-1

充電監控的精度不僅取決于所選電池電量計的精度，還取決于檢測電阻的精度。LTC2941-1 和 LTC2942-1 通過包括一個內部、工廠修整的 50mΩ 檢測電阻器，免除了增設一個高準確度外部電阻器的需要。專有的內部電路將集成金屬電阻器的溫度系數補償至僅 50ppm/°C 的殘余誤差，這使得 LTC2941-1 和 LTC2942-1 成為迄今為止最精確的內部檢測電阻器電池電量計。

溫度和電壓測量

LTC2942 包括一個 14 位無延遲 ΔΣ?模數轉換器，具有內部時鐘和電壓基準電路，用于測量電池電壓。集成基準電壓源電路的溫度系數通常小于20ppm/°C，在–0°C至3°C范圍內ADC增益誤差小于45.85%（見圖5）。ADC的積分非線性度通常低于0.5LSB，如圖6所示。

圖5.ADC總未調整誤差。

圖6.ADC集成非線性。

ADC還用于讀取片內溫度傳感器的輸出。傳感器產生與溫度成比例的電壓，斜率為2.5mV/°C，在750°C時產生27mV的電壓。 總溫度誤差通常低于±2°C，如圖7所示。

圖7.溫度傳感器錯誤。

通過I設置控制寄存器來觸發溫度或電壓的轉換2C 接口。LTC2942 還具有一種可選的自動模式，在該模式下，一種電壓和溫度轉換每秒執行一次。每次轉換結束時，在轉換器進入休眠狀態之前更新相應的寄存器，以最大限度地降低靜態電流。圖 8 示出了 LTC2942 的框圖，其中包含庫侖計數器及其 ACR、溫度傳感器、具有相應數據寄存器的 ADC 和 I2C 接口。

圖8.LTC2942 的框圖。

USB充電

圖 9 顯示了一個便攜式應用，旨在通過 USB 連接為鋰離子電池充電。LTC2942-1 可監視單節鋰離子電池與 LTC4088-1 高效率電池充電器 / USB 電源管理器相結合的充電狀態。

圖9.帶 USB 充電器的電池電量計。

一旦一個充電周期完成，LTC4088-1 就會釋放 CHRG 引腳。微控制器檢測到這一點，并通過I寫入累積電荷寄存器將其設置為滿載。2C 接口或通過向 LTC2942-1 的充電完成 （AL/CC） 引腳施加一個脈沖 （如果將其配置為輸入）。一旦初始化，LTC2942-1 可準確地監視流入和流出電池的電荷，而微控制器可通過 I 讀取累積充電寄存器來監視充電狀態2C 接口。

能源監控

實時能源監控越來越多地用于非便攜式壁掛式供電系統，如服務器或網絡設備。LTC2941 和 LTC2942 與電池供電型應用中一樣，非常適合于監視任何 3.3V 或 5V 電源軌應用中的能量流。圖 10 顯示了一個示例。

圖 10.在負載上使用 LTC2941 監視系統能量流。

在恒定電源電壓過檢測電阻的電荷與負載消耗的能量成正比。因此，幾個 LTC2941 器件可幫助確定系統能量的確切消耗位置。

監控電池組

LTC2941 和 LTC2942 并不局限于單節鋰離子電池應用。它們還可以監控電池組的充電狀態，如圖 11 所示。

圖 11.在一個電池組中使用 LTC2942。

在這種配置中，電量計的功耗可能會導致堆棧中下層和上部鋰離子電池之間出現不可接受的不平衡。這種不平衡可以通過單獨監督每個單元來消除，如圖12所示。

圖 12.2 電池組的單個電池監控。

通過監視每節電池的充電狀態，LTC2942-1 提供了足夠的信息，以便在充電和放電時平衡電池。

跟蹤電池容量與溫度和老化

電池容量隨溫度和老化而變化。有各種各樣的方法和算法來跟蹤針對特定應用和電池化學性質量身定制的電池容量。LTC2942 可測量模擬溫度和老化對電池容量的影響所必需的所有物理量 — 電荷、電壓、溫度和 （通過差分充電） 電流。通過讀取具有標準I的相應寄存器，可以輕松訪問測量的數量2C 命令。不需要特殊的指令語言或編程。

LTC2941 和 LTC2942 并不強加特定的方法或算法來根據測量的數量來確定電池容量，而是允許系統設計人員通過主機控制器實現針對系統特殊需求量身定制的算法。然后，微控制器可以根據這些計算簡單地調整 LTC2941 和 LTC2942 的充電門限。

結論

電池電量計是許多便攜式電子產品中落后于其他技術改進的一個功能。LTC?2941 和 LTC2942 集成式庫侖計數器通過準確的電池氣體測量解決了這一問題，該測量易于實施并適合最新的便攜式應用。為了在最窄的光點實現高準確度，LTC2941-1 和 LTC2942-1 版本集成了工廠修整和溫度補償檢測電阻器，以實現最終的小庫侖計數器。這個新的精確庫侖計數器系列可以幫助防止您再次因電池充電監控不準確而錯過那些無價的假期時刻。

審核編輯：郭婷