智能電池供電的電源系統(tǒng)設(shè)計

摘要：設(shè)計了一個可使用外接直流電或雙智能電池組供電的電源系統(tǒng)，給出了主要電路的具體設(shè)計方案。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)較長的電池供電時間，能夠同時對兩組智能電池充電，并通過SMBus與主機系統(tǒng)通信來交互系統(tǒng)工作狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：智能電池；電源系統(tǒng)；SMBus；SEPIC

引言
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，便攜設(shè)備的種類越來越多，處理能力不斷增強，所支持的應(yīng)用也越來越多。便攜設(shè)備的一種重要的供電方式是采用電池供電，智能電池在便攜設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。衡量便攜設(shè)備的一個重要指標(biāo)是電池供電狀態(tài)下的工作時間。為了實現(xiàn)某專用
便攜設(shè)備在電池供電方式下可以較長時間地工作，本文設(shè)計了一個基于智能電池組的電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)可外接直流電或使用雙電池組供屯，能夠?qū)斎腚娫催M行自動選擇；能同時對兩組智能電池充電，并通過SMBus(SystemManagement Bus，系統(tǒng)管理總線)與主機系統(tǒng)通信，交互系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

1 電源系統(tǒng)組結(jié)構(gòu)
電源系統(tǒng)由智能電池系統(tǒng)管理電路，+12 V、4 A電源產(chǎn)生電路，+5 V、2 A后備電源產(chǎn)生電路以及2個智能電池組等組成，如圖1所示。電源系統(tǒng)的負(fù)載為基于COM Express模塊的便攜設(shè)備。設(shè)備要求使用+12 V作為主電源，+5 V作為后備待機電源，設(shè)備的最大功耗約為50 W。其中，+12 V主電源需要3 A容量，+5 V后備電源需要1．5 A容量，同時要求電池供電工作時間不小于4 h。+24 V、電池組1和電池組2的輸入直接經(jīng)+5 V后備電源電路產(chǎn)生+5 VSB電源，為在負(fù)載休眠狀態(tài)下仍然工作的部分電路供電；3個電源輸入經(jīng)智能電池系統(tǒng)管理電路選擇后，在12 VON控制信號控制下通過+12 V電源電路產(chǎn)生負(fù)載所需的+12 V電源；智能電池系統(tǒng)管理電路對電池組進行充電／放電管理，并通過SMBus與主機系統(tǒng)交互電池供電狀態(tài)；系統(tǒng)通過2個智能電池組供電來滿足設(shè)備長時間電池供電的要求。

2 主要電路設(shè)計
2．1 智能電池組
智能電池組由鋰電池組、電池電量計和電池保護電路構(gòu)成，能利用內(nèi)部電路來測量、計算和存儲電池數(shù)據(jù)，使電池的使用更加可預(yù)測。智能電池組的管理基于SBS(Smart Battery Specification，智能電池規(guī)范)V1．1規(guī)范。智能電池組的通信使用SMBus總線，通過SMBus向主機
或智能充電器提供電池組的最大充電電壓、電流、剩余電量、電池溫度等參數(shù)，并預(yù)測剩余工作時間等信息。在過充、過放、溫度超標(biāo)等危險情況下，智能電池組還能自動采取相應(yīng)的保護措施，并發(fā)出警報廣播。
智能電池組結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。系統(tǒng)中鋰電池組由ICR1865電池通過串／并聯(lián)組合構(gòu)成。單節(jié)ICR1865鋰電池的標(biāo)稱電壓為3．6 V，標(biāo)稱容量為2Ah，滿電電壓為4．2 V，放空電壓為2．9 V。按照阻容指標(biāo)一致的原則，以4并4串的形式進行組合，電池組的標(biāo)稱電壓為14．4 V，標(biāo)稱容量為8 Ah。采用TI公司的電量計芯片bq20240、電池保護模擬前端芯片bq29330、二級電壓保護芯片bq29412以及相應(yīng)外圍器件，構(gòu)成電池電量計和電池保護電路，實現(xiàn)鋰電池組的過壓、過流、過放電保護、狀態(tài)監(jiān)控、電量測量等功能，通過SMBus總線接口與智能電池系統(tǒng)管理器電路交互電池的狀態(tài)。