一個基于智能電池供電的電源系統(tǒng)設計
引言
隨著信息技術的快速發(fā)展,便攜設備的種類越來越多,處理能力不斷增強,所支持的應用也越來越多。便攜設備的一種重要的供電方式是采用電池供電,智能電池在便攜設備中得到了廣泛的應用。衡量便攜設備的一個重要指標是電池供電狀態(tài)下的工作時間。為了實現(xiàn)某專用便攜設備在電池供電方式下可以較長時間地工作,本文設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電,能夠對輸入電源進行自動選擇;能同時對兩組智能電池充電,并通過 SMBus(System Management Bus,系統(tǒng)管理總線)與主機系統(tǒng)通信,交互系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
1 電源系統(tǒng)組結構
電源系統(tǒng)由智能電池系統(tǒng)管理電路,+12 V、4 A電源產生電路,+5 V、2 A后備電源產生電路以及2個智能電池組等組成,如圖1所示。電源系統(tǒng)的負載為基于COM Express模塊的便攜設備。設備要求使用+12 V作為主電源,+5 V作為后備待機電源,設備的最大功耗約為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+5 V后備電源電路產生+5 VSB電源,為在負載休眠狀態(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電源電路產生負載所需的+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備長時間電池供電的要求。
電源系統(tǒng)結構框圖
圖1 電源系統(tǒng)結構框圖
2 主要電路設計
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成,能利用內部電路來測量、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),并預測剩余工作時間等信息。在過充、過放、溫度超標等危險情況下,智能電池組還能自動采取相應的保護措施,并發(fā)出警報廣播。
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