智能电池供电的电源系统设计

摘要：设计了一个可使用外接直流电或双智能电池组供电的电源系统，给出了重要电路的具体设计方法。该系统可以实现较长的电池供电时间，能够同时对两组智能电池充电，并通过SMBus与主机系统通信来交互系统工作状态。关键词：智能电池；电源系统；SMBus；SEpIC

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屯，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(SystemManagementBus，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，+12V、4A电源出现电路，+5V、2A后备电源出现电路以及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COMExpress模块的便携设备。设备要求使用+12V作为主电源，+5V作为后备待机电源，设备的最大功耗约为50W。其中，+12V主电源要3A容量，+5V后备电源要1．5A容量，同时要求电池供电工作时间不小于4h。+24V、电池组1和电池组2的输入直接经+5V后备电源电路出现+5VSB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12VON控制信号控制下通过+12V电源电路出现负载所需的+12V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。

2重要电路设计2．1智能电池组智能电池组由锂离子电池组、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(SmartBatterySpecification，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供应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。系统中锂离子电池组由ICR1865电池通过串／并联组合构成。单节ICR1865锂离子电池的标称电压为3．6V，标称容量为2Ah，满电电压为4．2V，放空电压为2．9V。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14．4V，标称容量为8Ah。采用TI公司的电量计芯片bq20240、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，实现锂离子电池组的过压、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。