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智能电池供电的电源系统设计

钜大LARGE  |  点击量:112次  |  2020年05月29日  

摘要
摘要:设计了一个可使用外接直流电或双智能电池组供电的电源系统,给出了主要电路的具体设计方案。该系统可以实现较长的电池供电时间,能够同时对两组智能电池充电,并通过SMBus与主机系统通信来交互系统工作状

摘要:设计了一个可使用外接直流电或双智能电池组供电的电源系统,给出了重要电路的具体设计方法。该系统可以实现较长的电池供电时间,能够同时对两组智能电池充电,并通过SMBus与主机系统通信来交互系统工作状态。关键词:智能电池;电源系统;SMBus;SEpIC


引言随着信息技术的快速发展,便携设备的种类越来越多,处理能力不断增强,所支持的应用也越来越多。便携设备的一种重要的供电方式是采用电池供电,智能电池在便携设备中得到了广泛的应用。衡量便携设备的一个重要指标是电池供电状态下的工作时间。为了实现某专用便携设备在电池供电方式下可以较长时间地工作,本文设计了一个基于智能电池组的电源系统。该系统可外接直流电或使用双电池组供屯,能够对输入电源进行自动选择;能同时对两组智能电池充电,并通过SMBus(SystemManagementBus,系统管理总线)与主机系统通信,交互系统的工作状态。


1电源系统组结构电源系统由智能电池系统管理电路,+12V、4A电源出现电路,+5V、2A后备电源出现电路以及2个智能电池组等组成,如图1所示。电源系统的负载为基于COMExpress模块的便携设备。设备要求使用+12V作为主电源,+5V作为后备待机电源,设备的最大功耗约为50W。其中,+12V主电源要3A容量,+5V后备电源要1.5A容量,同时要求电池供电工作时间不小于4h。+24V、电池组1和电池组2的输入直接经+5V后备电源电路出现+5VSB电源,为在负载休眠状态下仍然工作的部分电路供电;3个电源输入经智能电池系统管理电路选择后,在12VON控制信号控制下通过+12V电源电路出现负载所需的+12V电源;智能电池系统管理电路对电池组进行充电/放电管理,并通过SMBus与主机系统交互电池供电状态;系统通过2个智能电池组供电来满足设备长时间电池供电的要求。


2重要电路设计2.1智能电池组智能电池组由锂离子电池组、电池电量计和电池保护电路构成,能利用内部电路来测量、计算和存储电池数据,使电池的使用更加可预测。智能电池组的管理基于SBS(SmartBatterySpecification,智能电池规范)V1.1规范。智能电池组的通信使用SMBus总线,通过SMBus向主机或智能充电器供应电池组的最大充电电压、电流、剩余电量、电池温度等参数,并预测剩余工作时间等信息。在过充、过放、温度超标等危险情况下,智能电池组还能自动采取相应的保护措施,并发出警报广播。智能电池组结构框图如图2所示。系统中锂离子电池组由ICR1865电池通过串/并联组合构成。单节ICR1865锂离子电池的标称电压为3.6V,标称容量为2Ah,满电电压为4.2V,放空电压为2.9V。按照阻容指标一致的原则,以4并4串的形式进行组合,电池组的标称电压为14.4V,标称容量为8Ah。采用TI公司的电量计芯片bq20240、电池保护模拟前端芯片bq29330、二级电压保护芯片bq29412以及相应外围器件,构成电池电量计和电池保护电路,实现锂离子电池组的过压、过流、过放电保护、状态监控、电量测量等功能,通过SMBus总线接口与智能电池系统管理器电路交互电池的状态。


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