一個基于智能電池供電的電源系統設計

引言

隨著信息技術的快速發展，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下的工作時間。為了實現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。該系統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，系統管理總線）與主機系統通信，交互系統的工作狀態。

1 電源系統組結構

電源系統由智能電池系統管理電路，+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與主機系統交互電池供電狀態；系統通過2個智能電池組供電來滿足設備長時間電池供電的要求。

電源系統結構框圖

圖1 電源系統結構框圖

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、計算和存儲電池數據，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，智能電池規范）V1.1規范。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，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，并發出警報廣播。