一,、前言
使用便攜式電子產品,，希望能夠隨時知道電池的所剩電量,，所能持續(xù)的工作時間,，并且據此調節(jié)相關應用,，這無疑將是一個非常方便的事情,，尤其適合使用智能手機的商務人士,。電池電量檢測技術在筆記本電腦中已經屢見不鮮，多數筆記本電腦都有電源管理的選項,，提供不同的電源工作模式以及電池報警功能,。但是在更加小型化的便攜產品市場，這一技術卻還不多見,。
便攜式產品提供的功能越來越紛繁,，用戶日益需要準確地監(jiān)測電池電量，以便靈活管理可用電源,，明確顯示剩余工作時間,，盡可能延長系統(tǒng)運行的時間。現在大多數手機采用的電量測量方法還比較簡單,，缺乏精確度,。目前主流的檢測方法是簡單測量電池電壓，估算相對應的電池剩余電量,?？傠娏砍?或5，也就是通常能在手機屏幕上看見的4格或者5格的電量Bar,，所以每格的精確度即是25%或者20%,，這樣的精度顯然無法滿足高精度要求的應用。
這種電壓估測電量的方法通常如下：一塊電池在放電的時候,，電池的電壓會隨著電池電量的流失逐漸地下降,。這樣就可以得到一個比較簡單而有效的對應關系,，就是電壓對應容量。通過電池正常使用（比如100mA放電）的放電曲線,，對時間進行4等分,，以充電限制電壓為4.2V的鋰電池為例，可以列出這樣一個對應關系,，4.20V—100%,，3.85V—75%，3.75V—50%,，3.60V—25%,，3.40V—5%（因為手機不可能完全用光電池的電量，一般低于3.40V 時就可能自動關機了）,。很顯然,，這種精度最高只有25%。另外,，電池電壓會隨著RFPA的功率發(fā)射發(fā)生突變,，通常會變小0.2V-0.3V。如果一味的使用電壓模擬電量方法,，就會誤差更大,。為了解決電池電壓突然變小的測量問題，當前工程師們的普遍方法是利用軟件算法進行均值濾波,，對一段時間內的電池電壓進行均值化,，如果該時間段的平均電池電壓確實下降了，則預估電量確實變少了,，否則即認為電量并未變化,。
電池電壓模擬剩余電量的方法確實存在著缺陷，而通過庫侖計實時監(jiān)測電池消耗電量而計算剩余電量的方法則非常準確,。Fairchild的 FAN4010是這種應用的典型器件,。它是一顆電流檢測傳感器，專門用于檢測便攜式設備電池的充電/耗電電流,，能將通過精密檢測電阻的電流信號轉換為 ADC可以檢測到的電壓信號,，從而計算一段時間內消耗的真實電量。
二,、硬件電路的典型設計
為了滿足高精度的電池電量監(jiān)測需求,，FAN4010外加合適的應用電路并加上特定的軟件控制算法，就能夠很好的達到要求,。如圖1是FAN4010 的典型應用框圖,。外圍只需要兩個電阻Rsense、Rout即構成高精度的放大電路,。如圖2是內部結構原理示意圖,，所以存在Vsense = I_load * Rsense, Vout = 0.01 * Vsense * Rout,，由此兩關系式可以等到I_load=100*Vout/(Rout*Rsense)，所以只要用ADC監(jiān)測Vout上的電壓,，再除以已知的電阻值Rout和Rsense,，就可以得到準確的負載消耗電流，而電流對時間進行積分,，MCCC_formula01,，即可以達到所消耗的電量準確值。用總電量減去準確的電量消耗值,，即可得到準確的剩余電量,。充電電路，則同理,。
圖1 FAN4010的應用框圖
圖2 FAN4010的內部結構原理示意圖
FAN4010的典型應用圖以及Rsense、Rout的選值要求如下,。其中圖3為電池的充電電路,，圖4為電池的放電電路。
圖3 充電部分的參考原理圖
圖4 放電部分的參考原理圖
Rsense(R_sense1/R_sense2)
這兩個電阻串聯(lián)在充電和放電的路徑上,。因此,，我們需要一個低阻值的電流采樣電阻。矛盾的是,，如果Rsense太低,，精度都將丟失。若Rsense 選擇的過大,，則此電阻上的壓降和功耗都很大,。因此，Rsense的選擇應該是理想的高精確度和所能允許電壓損失的綜合平衡,。雖然FAN4010在 Vsense值較低時采樣電阻上的功耗最小,，但是一個更大的Rsense值能提供更多的準確性。然而較大的Rsense會產生一個比較大的電壓降,，減少了可提供給負載的有效電壓,，這在低電壓尤其電池供電的應用中會很有麻煩。正因為如此,，設計中要很好地了解預期的最大允許負載電流和負載供電電壓,。為了獲得最大化的精度，建議Rsense的選擇應符合以下條件：10mV
Rout(R_out1/R_out2)
接到GND上的Rout這個電阻,，是用來產生一個可供ADC檢測到的電壓信號。它的選擇主要取決于兩個參數：I_out(即 I_load*Rsense/100)以及ADC的電壓采樣范圍,。最大的I_load產生的最大Vout不能超過ADC的最大采樣電壓,。為了保證精度最大化,，同時又希望最大的Vout能盡量接近ADC的最大采樣量程。
另外,，為了保證FAN4010的最大線性化,，Rout的選擇應滿足關系式：MCCC_formula02
Table.1 Iout_FS的選值表
Layout設計圖例如圖5,，走線的基本原則是：FAN4010盡量靠近充電/放電路徑,。
圖5 layout實例
三、典型的軟件設計
電量計算的算法如圖6,，相關說明如下：
假設前提：現有兩塊電池,，A （總容量1000mAh左右，不確定）,，B（總容量1500mAh左右,，不確定），此2電池均可能使用在手機P上,。
插入電池（開機）→→是否電池校準（默認否）→→否→→調用電池容量曲線a（默認）（若使用電池B,，則修改為使用電池容量曲線b）→→通過電池端電池Vcc以及監(jiān)測耗電量聯(lián)合評估剩余電量百分比。
圖6 軟件流程圖
其中Vin為輸入電壓，Iout_fs的值則是表1中的對應值,，在不同的最大Vsense時,，其值不一樣。例如,，若最大的Vsense為500mV時,，則Iout_fs=5mA。
→→是→→若要校準,，請保證該電池已經充滿電→→選擇校準曲線,，a 還是 b? →→記錄最高端電池Vcc-h，默認此時電池電量百分比100%→→按每一可計算時間段,，分別監(jiān)測耗電量 MCCC_formula03,，以及電池端電壓→→一直使用到電池沒電，自動關機,，記錄此狀態(tài)電壓Vcc- l以及默認此時電池百分比0%,，計算總的電量損耗Q，此Q即為以后容量曲線的total Q,。