一個(gè)基于智能電池供電的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(qiáng)，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(gè)重要指標(biāo)是電池供電狀態(tài)下的工作時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)某專用便攜設(shè)備在電池供電方式下可以較長時(shí)間地工作，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)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電，能夠?qū)斎腚娫催M(jìn)行自動(dòng)選擇；能同時(shí)對兩組智能電池充電，并通過 SMBus（System Management Bus，系統(tǒng)管理總線）與主機(jī)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(gè)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(jī)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(shí)要求電池供電工作時(shí)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(gè)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(hào)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(jìn)行充電/放電管理，并通過SMBus與主機(jī)系統(tǒng)交互電池供電狀態(tài)；系統(tǒng)通過2個(gè)智能電池組供電來滿足設(shè)備長時(shí)間電池供電的要求。

電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 主要電路設(shè)計(jì)

2.1 智能電池組

智能電池組由鋰電池組、電池電量計(jì)和電池保護(hù)電路構(gòu)成，能利用內(nèi)部電路來測量、計(jì)算和存儲(chǔ)電池?cái)?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(jī)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(shí)間等信息。在過充、過放、溫度超標(biāo)等危險(xiǎn)情況下，智能電池組還能自動(dòng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并發(fā)出警報(bào)廣播。