精密的智能電池使充電變簡單了

1、精密的智能電池使充電變簡單了 技術(shù)分類： 電源技術(shù)   來源：今日電子/凌特公司 產(chǎn)品市場工程師 Steve Knoth 電池充電應(yīng)用經(jīng)理 Mark Gurries  發(fā)表時(shí)間：2006-10-08 智能電池系統(tǒng)（SBS）的出現(xiàn)大大簡化了獨(dú)立電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此其應(yīng)用已經(jīng)超出了筆記本計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，而出現(xiàn)在其他各種應(yīng)用中，比如備份電源系統(tǒng)、高可靠性軍事和航天應(yīng)用中。  其他關(guān)鍵應(yīng)用還包括了汽車、安全/監(jiān)視/防偽系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、刀片服務(wù)器、電信和便攜式電子產(chǎn)品。 智能電池利用內(nèi)部電子線路來測量、計(jì)算和存儲(chǔ)電池?cái)?shù)據(jù)，它使電源的使用更加可預(yù)測。而且，智能電池還有一

2、個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，那就是能防止意外的系統(tǒng)停機(jī)。 智能電池系統(tǒng) 一個(gè)基本的SBS系統(tǒng)由以下部分組成：系統(tǒng)管理總線（SMBus），智能電池充電器和智能電池。 SBS的模塊化特性使設(shè)計(jì)閉環(huán)電池充電系統(tǒng)變的非常容易，這樣的系統(tǒng)允許采用電池組獨(dú)立充電器（智能充電器），最大限度地降低了硬件和軟件的非重復(fù)工程（NRE）性成本，并促成了堅(jiān)固的系統(tǒng)，這對(duì)高可靠性電池備份應(yīng)用尤其重要。而集成到電池組中的高準(zhǔn)確度氣壓計(jì)則能一直準(zhǔn)確地監(jiān)視電池，甚至電池不在系統(tǒng)中時(shí)也一樣。該氣壓計(jì)按照電池的實(shí)際容量值進(jìn)行了校準(zhǔn)，因此消除了偏差，確保了準(zhǔn)確度。 智能電池的充電和保護(hù) 智能電池充電器的主要功能是為智能電池充電提供電壓源和電流源。

3、智能電池通過SMBus接口與智能充電器通信，并可選擇與主機(jī)通信。為了防止由于SMBus功能喪失而過充電，監(jiān)視計(jì)時(shí)器持續(xù)運(yùn)行以監(jiān)視智能電池與充電器的通話頻度。如果電池?zé)o動(dòng)作的時(shí)間超過3分鐘，那么充電器就暫停并等待電池再次請(qǐng)求充電。此外，電池還可以通過強(qiáng)制停機(jī)功能來控制充電器，這樣可以繞過SMBus，以提供冗余級(jí)別并讓充電器知道電池是確實(shí)存在的。 總之，與固定獨(dú)立充電器相比，智能電池充電器有如下優(yōu)點(diǎn)。 真正即插即用，不受電池化學(xué)特性和電池配置影響。任何智能電池組都可與任何智能電池充電器配合。具有不同化學(xué)特性、配置，甚至不同充電算法的電池都可以不加修改換用充電器電路。 內(nèi)置安全功能。SBS標(biāo)準(zhǔn)提供監(jiān)

4、視計(jì)時(shí)器和一個(gè)處在電池和充電器之間的特別“安全信號(hào)”接口。 可靠的電池檢測系統(tǒng)。 自動(dòng)充電管理，無須主機(jī)。 無須主機(jī)干預(yù)的閉環(huán)充電系統(tǒng)。主機(jī)可根據(jù)需要收集電量測量信息。 LTC1760雙智能電池系統(tǒng)管理器 LTC1760是一個(gè)高度集成的三級(jí)電池充電器和選擇器，用于使用雙智能電池的產(chǎn)品。它是一個(gè)降壓開關(guān)拓?fù)潆姵爻潆娖?，具有符合智能電池?biāo)準(zhǔn)定義的多種功能和其他新增功能，如輸入限流和安全限制，等等。三個(gè)SMBus接口使LTC1760能實(shí)現(xiàn)諸如跟蹤兩個(gè)電池的內(nèi)部電壓和電流之類的伺服功能，并允許一個(gè)SMBus主機(jī)監(jiān)視任一電池的狀態(tài)。這種伺服技術(shù)能使充電器的準(zhǔn)確度同電池內(nèi)部電壓和電流測量值只有±

5、0.2的誤差。 傳統(tǒng)上，雙電池系統(tǒng)是順序放電系統(tǒng)，允許順序消耗電池電量（先消耗電池1，再消耗電池2），以簡單地延長總的電池工作時(shí)間。LTC1760采用了專有模擬控制技術(shù)，可允許安全地對(duì)兩個(gè)電池并行充電或放電。圖1是一個(gè)采用LTC1760的雙電池系統(tǒng)的簡化原理圖。這種結(jié)構(gòu)使充電速度提高了50%，電池工作時(shí)間延長了10%。此外，并行放電不僅增強(qiáng)了電流能力，而且還降低了I2R損耗并改善了在極高負(fù)載條件下的電壓調(diào)節(jié)能力。降低I2R損耗和改善電壓調(diào)節(jié)都延長了時(shí)序解決方案的總放電時(shí)間（見圖2）。 圖1 LTC1760用于雙電池系統(tǒng) 圖2 雙電池順序電池充電時(shí)間的對(duì)比 LTC1760的主要特點(diǎn) 獨(dú)立3級(jí)充電

6、器輪詢電池的充電要求并監(jiān)視由電池內(nèi)部電量測量所確定的實(shí)際電流和電壓（誤差為±0.2%），實(shí)現(xiàn)快速、安全和徹底地充電。 快速充電模式可以用來進(jìn)一步縮短充電時(shí)間。 支持電池查驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)氣壓計(jì)校準(zhǔn)。 3個(gè)電源通路FET二極管允許安全和低損耗地從DCIN和兩個(gè)電池同時(shí)放電。 兩個(gè)FET二極管實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電池同時(shí)安全、低損耗地放電。 硬件可編程電流和電壓安全限制以及很多其他安全功能用以補(bǔ)充電池的內(nèi)部保護(hù)電路。 LTC1760雖然很精密，但是非常容易使用。在任何給定設(shè)計(jì)中僅需確定4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：輸入限流檢測電阻RICL，限流電阻RILIM和匹配充電電流檢測電阻RSENSE，限壓電阻RVLIM，短路保護(hù)電

7、阻RSC。 LTC1760加上一些智能電池和一個(gè)AC適配器，就可組成一個(gè)簡單系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。 圖3 LTC1760雙電池充電器/選擇器系統(tǒng)架構(gòu) 輸入限流檢測電阻RCL 圖4 輸入限流感應(yīng)電阻電路 如圖4所示，這個(gè)電路限制充電電流以防止系統(tǒng)功率升高時(shí)交流適配器過載。要設(shè)定輸入電流限制，最重要的就是要最小化墻式配適器的額定電流。限流電阻可以通過下兩式來計(jì)算。 ILIM適配器最小電流值（適配器最小電流值×5）（1） RCL100mV/ILIM（2） 不過，交流適配器可以有至少+10%的限流裕度，因此常?？梢院唵蔚貙⑦m配器限流值設(shè)定為實(shí)際適配器額定值。 限流電阻RILIM RILI

8、M電阻有兩個(gè)作用。首先，它告訴LTC1760的SMBus接口，充電器可以供給電池的最大可允許電流，任何超過這個(gè)限度的值都會(huì)被限定值所取代。第二個(gè)作用是讓PWM充電器的滿標(biāo)度電流與SMBus接口的滿標(biāo)度限流值同步。 限壓電阻RVLIM VLIM引腳到GND之間連接的外部電阻值可以決定5個(gè)充電器輸出限壓值中的任一個(gè)（見表3）。這種用硬件實(shí)現(xiàn)限壓值的方法是一種比較安全的措施，它是不能被軟件方式所取代的。 短路保護(hù)電阻RSC 每條電源通路都由兩個(gè)背對(duì)背的PFET組成，這兩個(gè)PFET與短路檢測電阻RSC串聯(lián)。電池電源通路（PowerPathTM）開關(guān)驅(qū)動(dòng)器等效電路如圖 5 所示。 圖5 LTC1760電

9、源通路電路 短路保護(hù)功能可在電流模式和電壓模式下工作。如果輸出電流超過短路比較器門限的時(shí)間多于15ms，那么就斷開所有電源通路PFET開關(guān)，并將POWER_NOT_GOOD位置位。類似地，如果電壓降至低于3V的時(shí)間多于15ms，那么也將斷開所有電源通路開關(guān)，POWER_NOT_GOOD位同樣被置位。去掉所有電源可將POWER_NOT_GOOD位復(fù)位。如果POWER_NOT_GOOD位被置位，那么充電也被禁止。 無須軟件 基于LTC1760的充電器無須軟件。在一開始的硬件樣機(jī)中放入該集成電路將允許系統(tǒng)獲得電池的充放電。不過在某些情況下，可以編寫一些軟件以便主機(jī)能夠完成以下動(dòng)作。 直接從智能電池（也就是作為氣壓計(jì)）收集“充電器狀態(tài)”信