一個基于智能電池供電的電源系統(tǒng)設計
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LTC1760是為使用雙路智能電池應用而設計的高度集成的3級電池充電器和選擇器，采用降壓開關拓撲，具有符合智能電池標準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，同時允許一個外接的SMBus主機監(jiān)控任意一個電池的狀態(tài)。通過SMBus接口，主機系統(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、電流測量值決定，典型的測量精度誤差為±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，通過這種方式來簡單地延長總的電池放電時間。而LTC1760采用專有的供電路徑架構(gòu)支持兩路電池同時充電或放電。典型狀態(tài)下，可使電池供電時間延長10%，而充電時間可減少50%。LTC1760能夠在10 μs內(nèi)在輸入電源之間切換，防止電池或外部電源遷移時供電中斷。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)管理電路在設計中需確定5個關鍵參數(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。設定充電器可以供給電池的最大允許電流，任何超過這個限度的值都會被限定值所取代。
③ 匹配充電電流檢測電阻RSENSE。作用是讓充電器的滿標度電流與設置滿標度限流值同步。在本系統(tǒng)中充電最大電流設定為4 A，RILIM設定為開路，RSENSE使用0.025 Ω/1 W的電阻。
④ 限壓電阻RVLIM。用于設定充電器可輸出的5個限壓值中的一個，本系統(tǒng)中充電限制電壓設定為16.8 V，因此，RVLIM選擇33 kΩ的電阻。
⑤ 短路保護電阻RSC。用于設定電路短路保護啟動電流。系統(tǒng)中3個電源通路都由2個背對背的P溝道場效應管與短路檢測電阻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：外接直流電供電時為+24 V。2.3+12 V產(chǎn)生電路電池組供電時，電壓可從滿電時的+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，當電池即將放空、電池電壓接近或低于12 V時，電路將不能正常工作。此時，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。若采用獨立的降壓-升壓或者升壓-降壓電路進行組合，則在輸入電壓高于+12 V的大部分工作時間內(nèi)，電源轉(zhuǎn)換的效率較低，而且電路復雜。本設計中采用SEPIC（SingleEnded 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，還是在電池供電后期，均能產(chǎn)生＋12 V供電電壓。
SEPIC電路拓撲和電流在開關閉合和斷開情況下的流向示意分別如圖4（a）～（c）所示。L1和主開關SW構(gòu)成了一個升壓轉(zhuǎn)換器，L2和二極管D1構(gòu)成升壓-降壓型轉(zhuǎn)換器。取L1=L2，并將L1和L2繞在同一核心上，可以降低輸入紋波、尺寸和成本。在系統(tǒng)中選擇L1、L2在同一核心上，并且兩者具有相等的電感。
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