电源技术中的一个基于智能电池供电的电源系统设计
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2020-11-03
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电源技术中的一个基于智能电池供电的电源系统设计电源技术中的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
引言引言
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 主要电路设计主要电路设计
2.1 智能电池组智能电池组
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。
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