一个基于智能电池供电的电源系统设计

　　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电，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(System Management Bus，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，+12 V、4 A电源产生电路，+5 V、2 A后备电源产生电路以及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COM Express模块的便携设备。设备要求使用+12 V作为主电源，+5 V作为后备待机电源，设备的最大功耗约为50 W。其中，+12 V主电源需要3 A容量，+5 V后备电源需要1.5 A容量，同时要求电池供电工作时间不小于4 h。+24 V、电池组1和电池组2的输入直接经+5 V后备电源电路产生+5 VSB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12 VON控制信号控制下通过+12 V电源电路产生负载所需的+12 V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。

图1 电源系统结构框图

　　2 主要电路设计

　　2.1 智能电池组

　　智能电池组由锂电池组、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(Smart Battery Specification，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提供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。系统中锂电池组由ICR1865电池通过串/并联组合构成。单节ICR1865锂电池的标称电压为3.6 V，标称容量为2 Ah，满电电压为4.2 V，放空电压为2.9 V。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14.4 V，标称容量为8 Ah。采用TI公司的电量计芯片bq20z40、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。