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(chǎn)生電路，+5 V、2 A后備電源產(chǎn)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(jīng)+5 V后備電源電路產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)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。