微處理器控制、寬輸入電壓、SMBus 智能電池充電器的實施

2011年11月09日16:56:56 本網(wǎng)站我要評論(2)字號：T | T | T

圖 3 過壓及反極保護(hù)電路

圖 4 軟件流程圖簡述

D1 二極管將兩個放大器輸出與一個邏輯 OR 組合。較低電壓供給反相放大器（U3:D），其讓誤差信號極性在使用 DC/DC 控制器（這里為 TI 的 TPS40170）時為正確的�；竟ぷ髟硎牵嚎刂破鲊L試發(fā)送一個設(shè)定電流；同時，如果負(fù)載可以接受該電流，則控制器便調(diào)節(jié)為該電流級別。如果負(fù)載不接受全部電流，則電壓開始上升，并較終達(dá)到 VOUT（max）。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，電壓環(huán)路接管，并對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

若想提高解決方案的安全性，功率級板上還要有過電壓狀態(tài)（高達(dá)100V）和反向電壓連接（其正負(fù)極被交換）的保護(hù)電路。圖 3 顯示了這種電路。

輸入電壓反接時，反向電壓保護(hù)由 MOSFETs Q7 和 Q9 以及 D2 來提供。這樣便不允許對系統(tǒng)施加負(fù)電壓。輸入過電壓保護(hù)由 MOSFET Q8 和 Q10 提供。齊納二極管 D4，設(shè)置電路開始鉗位的電壓。一旦超出齊納電壓，F(xiàn)ET 的柵-源電壓便開始下降。這使FET工作在線性區(qū)域，并讓微處理器繼續(xù)得到供電。與此同時，DC/DC轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，而信號SD1和SD2被拉至接地。

軟件實施與硬件實施同等重要。簡要軟件流程圖已顯示在圖 4 中。微處理器通過 SMBus 詢問電池，請求其想要的充電電壓和電流。在確認(rèn)這些值以后，它便設(shè)置兩個 PWM 輸出，以對到達(dá)電池的輸出電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果在任何時候，電池發(fā)布了一條充電警告，則 PWM 輸出關(guān)閉。另外，一旦電池的充電狀態(tài)達(dá)到 100% 或者設(shè)置的完全充電位，則 PWM 輸出關(guān)閉。

電池充電期間，安全是較重要的問題。所有解決方案都應(yīng)該有數(shù)個保護(hù)層。第一個保護(hù)層是具有內(nèi)部保護(hù) MOSFET 的智能電池本身。在充電期間，微處理器應(yīng)定期（每隔 2 秒鐘較好）與電池通信，對“電池狀態(tài)”寄存器中的所有安全標(biāo)志進(jìn)行監(jiān)控。要求響應(yīng)的一些標(biāo)志位包括過充電警告 (OCA)、終止充電警告 (TCA)、超高溫警告 (OTA)，以及完全充電 (FC) 狀態(tài)。微處理器的板上模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可用作過電壓或者過電流事件的二次檢查。

結(jié)論
通過將一顆微處理器與一個寬輸入電壓 DC/DC 控制器配合使用，我們可以設(shè)計出一種完全可編程、寬輸入電壓電池充電器。本文為你介紹了一種解決方案，其使用 TI 的低功耗 MSP430F5510 微處理器，配合 TPS40170 DC/DC 控制器，構(gòu)建起一種能夠支持高達(dá) 55V 輸入電壓的結(jié)構(gòu)。文章描述了一種 TI 應(yīng)用工作人員為實施正確電池充電而開發(fā)的特殊反饋網(wǎng)絡(luò)。另外，我們還討論了一種用于過電壓保護(hù)和反向電壓保護(hù)的新穎解決方案。通過 SMBus 通信協(xié)議與智能電池進(jìn)行通信所需的軟件，可通過“參考文獻(xiàn)1”（一份應(yīng)用報告）中的鏈接下載到。SMBus 智能電池充電器的相關(guān)詳情，也可在“參考文獻(xiàn) 1”中找到。

參考文獻(xiàn)
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文獻(xiàn),標(biāo)題 TI Lit. #
1、《應(yīng)用報告》的“使用MSP430™ MCU和bq電量計之間SMBus通信接口的寬輸入電壓電池充電器”，作者：Abhishek A. Joshi和Keith J. Keller