智能電池供電的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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bq20240集成8位超低功耗的RISC CPU，遵循SBS1．1規(guī)范；可靈活配置2節(jié)到4節(jié)鋰電池；可對(duì)電壓、電流及溫度等參數(shù)編程；采用動(dòng)態(tài)阻抗跟蹤電池電量的算法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度可達(dá)1％；并采用SHA-1加密構(gòu)架，提高了通信的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性；具有靈活的工作模式，能在電池組庫存期間使芯片進(jìn)入睡眠模式，以降低電池電量消耗。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)電池組的充放電曲線，將電池組的工作參數(shù)寫入bq202 40的數(shù)據(jù)Flash中。
bq29330能夠?qū)崿F(xiàn)電池過載、充電短路、放電短路保護(hù)、電池過／欠壓保護(hù)功能。電池過載、充電短路、放電短路時(shí)，bq29330根據(jù)內(nèi)部配置自動(dòng)關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)。主機(jī)可通過通信接口監(jiān)視和控制bq29330的狀態(tài)和參數(shù)(如電池平衡、電流保護(hù)級(jí)別等)。通過I2C接口使能電池均衡后，在充電過程中bq29330檢測(cè)每節(jié)電池的電壓，將較高電壓電池的電流部分分流，使它的充電速度比其他電池慢，以達(dá)到電池間充電時(shí)間的平衡；在放電過程中，增加較高電壓電池的有效負(fù)載，使它的放電速度比其他電池快，從而使每節(jié)電池的容量保持一致。
bq29412提供電池電壓二級(jí)保護(hù)功能，電池組中的每節(jié)電池均和芯片內(nèi)部的參考電壓比較，只要有一節(jié)電池電壓達(dá)到過壓條件，就啟動(dòng)保護(hù)流程；延時(shí)到設(shè)定時(shí)間后仍然過壓，輸出引腳產(chǎn)生一個(gè)低電平到高電平的跳變，推動(dòng)外部連接的場(chǎng)效應(yīng)管，熔斷保險(xiǎn)絲，保證在過電壓狀態(tài)下電池組安全。
2．2 智能電池系統(tǒng)管理電路
智能電池系統(tǒng)管理電路實(shí)現(xiàn)直流輸入與智能電池組輸入之間、兩個(gè)智能電池組之間的電源路徑選擇，智能電池組的充電管理以及與主機(jī)系統(tǒng)之間的通信交互功能。選用Linear Technology公司的雙智能電池管理器芯片LTC1760作為智能電池系統(tǒng)管理電路的核心。以LTC1760為核心的智能電池系統(tǒng)管理電路如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179511.htm
LTC1760是為使用雙路智能電池應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高度集成的3級(jí)電池充電器和選擇器，采用降壓開關(guān)拓?fù)?，具有符合智能電池?biāo)準(zhǔn)定義的多種功能和輸入限流、安全限制等新增功能。LTC1760的SMBus接口可以跟蹤電池的內(nèi)部電壓和電流，同時(shí)允許一個(gè)外接的SMBus主機(jī)監(jiān)控任意一個(gè)電池的狀態(tài)。通過SMBus接口，主機(jī)系統(tǒng)可獲知電池供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，例如電池組的電壓、電流、充電電壓、充電電流、電池告警狀態(tài)，以及使用的外接電源還是電池組供電等。LTC1760的充電精度由電池組內(nèi)部的電壓、電流測(cè)量值決定，典型的測(cè)量精度誤差為±0．2％。雙電池系統(tǒng)通常采用順序放電方式放電，即先消耗電池組1的電量，再消耗電池組2的電量，通過這種方式來簡(jiǎn)單地延長(zhǎng)總的電池放電時(shí)間。而LTC1760采用專有的供電路徑架構(gòu)支持兩路電池同時(shí)充電或放電。典型狀態(tài)下，可使電池供電時(shí)間延長(zhǎng)10％，而充電時(shí)間可減少50％。LTC 1760能夠在10μs內(nèi)在輸入電源之間切換，防止電池或外部電源遷移時(shí)供電中斷。電池的熱敏電阻可以用于監(jiān)控電池的溫度和電池的連接狀態(tài)。
智能電池系統(tǒng)管理電路在設(shè)計(jì)中需確定5個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：
①輸入限流電阻RCL。用于限制系統(tǒng)充電電流和負(fù)載電流之和，不超過外接電源適配器的額定電流。系統(tǒng)中，適配器選擇24 V、150 W，額定電流為6 A，RCL的電流ILIM=5．7 A，RCL選擇0．018 Ω／1 W的電阻。
②限流電阻RILIM。設(shè)定充電器可以供給電池的最大允許電流，任何超過這個(gè)限度的值都會(huì)被限定值所取代。
③匹配充電電流檢測(cè)電阻RSENSE。作用是讓充電器的滿標(biāo)度電流與設(shè)置滿標(biāo)度限流值同步。在本系統(tǒng)中充電最大電流設(shè)定為4 A，RILIM設(shè)定為開路，RSENSE使用0．025 Ω／1 W的電阻。
④限壓電阻RVLIM。用于設(shè)定充電器可輸出的5個(gè)限壓值中的一個(gè)，本系統(tǒng)中充電限制電壓設(shè)定為16．8 V，因此，RVLIM選擇33 kΩ的電阻。
⑤短路保護(hù)電阻RSC。用于設(shè)定電路短路保護(hù)啟動(dòng)電流。系統(tǒng)中3個(gè)電源通路都由2個(gè)背對(duì)背的P溝道場(chǎng)效應(yīng)管與短路檢測(cè)電阻RSC串聯(lián)。系統(tǒng)中選擇RSC=0．012 Ω／1 W。
經(jīng)過智能電池系統(tǒng)管理電路電源路徑選擇后，+12 V電源產(chǎn)生電路的輸入端電壓：外接直流電供電時(shí)為+24 V。
2．3 +12 V產(chǎn)生電路
電池組供電時(shí)，電壓可從滿電時(shí)的+16．8 V逐漸下降到+11．6 V。因此，輸入電壓的變化范圍為+11．6～+24 V。如果使用單一的降壓變換電路產(chǎn)生+12 V電路，那么在電池供電過程中，當(dāng)電池即將放空、電池電壓接近或低于12 V時(shí)，電路將不能正常工作。此時(shí)，電池仍有一定的電量未放出，不能充分利用電池的供電能力。若采用獨(dú)立的降壓一升壓或者升壓一降壓電路進(jìn)行組合，則在輸入電壓高于+12 V的大部分
工作時(shí)間內(nèi)，電源轉(zhuǎn)換的效率較低，而且電路復(fù)雜。本設(shè)計(jì)中采用SEPIC(Single-Ended Primary Inductance Converter，單端主電感變換器)電路，用LTC1871作為SEPIC控制器。這樣，無論在外接電源及電池組電壓大于12 V時(shí)，還是在電池供電后期，均能產(chǎn)生+12 V供電電壓。
評(píng)論