為什么我的閑置設(shè)備會(huì)耗盡電池電量？使用 MSP MCU 進(jìn)行電源管理

讓我們仔細(xì)看看電源管理在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演的角色。電源管理是“始終開(kāi)啟”超低功耗系統(tǒng)控制器(如 MSP430 器件)最好執(zhí)行的另一項(xiàng)功能。這樣做的原因有兩個(gè)。首先，電池充電和監(jiān)控需要每隔幾分鐘甚至幾秒持續(xù)進(jìn)行一次。與超低功耗 MSP430 微控制器相比，應(yīng)用處理器需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能喚醒并且消耗更多的功率來(lái)完成同樣的功能。其次，從系統(tǒng)架構(gòu)的角度來(lái)看，使用應(yīng)用處理器輪詢(xún)電池充電器、電量計(jì)和溫度傳感器會(huì)“分散”運(yùn)行操作系統(tǒng) (OS) 和關(guān)注用戶(hù)體驗(yàn)的注意力。此外，電源設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常不同于應(yīng)用處理器團(tuán)隊(duì)。分離電源管理控制器允許在架構(gòu)解決方案時(shí)有更多的自主權(quán)。

MSP430 微控制器在電源管理應(yīng)用中的關(guān)鍵作用遵循超鏈接或下面列出的相關(guān)應(yīng)用說(shuō)明：

· 初始化和監(jiān)控單節(jié)和多節(jié)電池充電器(iebq24230和bq76PL536)

· 持續(xù)監(jiān)測(cè)電池欠壓、過(guò)壓和溫度監(jiān)測(cè)

· 確保電池安全并檢測(cè)故障

· 檢測(cè)電池插入/移除

· 檢測(cè)充電/放電模式

· 用于多節(jié)電池的被動(dòng)電池平衡——以便所有電池都得到最佳使用

· 狀態(tài)指示(即 LED)

bq2423x系列設(shè)備是高度集成的鋰離子線性充電器和系統(tǒng)電源路徑管理設(shè)備，針對(duì)空間有限的便攜式應(yīng)用。該設(shè)備通過(guò)USB端口或交流適配器操作，支持25 mA至500 mA的充電電流。具有輸入過(guò)壓保護(hù)的高輸入電壓范圍支持低成本、不受調(diào)節(jié)的適配器。USB輸入電流限制精度和啟動(dòng)順序允許bq2423x滿(mǎn)足USB- if涌流規(guī)范。此外，輸入動(dòng)態(tài)電源管理(VIN-DPM)可以防止充電器因設(shè)計(jì)不當(dāng)或配置錯(cuò)誤而崩潰。

bq2423x具有動(dòng)態(tài)電源路徑管理(DPPM)，可為系統(tǒng)供電，同時(shí)獨(dú)立地為電池充電。當(dāng)輸入電流限制導(dǎo)致系統(tǒng)輸出下降到DPPM閾值時(shí)，DPPM電路降低充電電流，從而在單獨(dú)監(jiān)測(cè)充電電流的同時(shí)隨時(shí)為系統(tǒng)提供負(fù)載。該特性減少了電池上的充放電循環(huán)次數(shù)，允許適當(dāng)?shù)某潆娊K止，并使系統(tǒng)能夠在有缺陷或缺失的電池組下運(yùn)行。此外，即使電池完全放電，也可以立即打開(kāi)系統(tǒng)。電源路徑管理架構(gòu)還允許電池在適配器無(wú)法提供峰值系統(tǒng)電流時(shí)補(bǔ)充系統(tǒng)電流需求，從而可以使用更小的適配器。

電池的充電分為三個(gè)階段:調(diào)節(jié)、恒流和恒壓。在所有充電階段，內(nèi)部控制回路監(jiān)測(cè)IC結(jié)溫度，并在超過(guò)內(nèi)部溫度閾值時(shí)降低充電電流。

充電器功率級(jí)和充電電流感應(yīng)功能完全集成。充電器具有高精度電流電壓調(diào)節(jié)回路，充電狀態(tài)顯示，充電終止功能。輸入電流限制和充電電流可編程使用外部電阻。

· 初始化用戶(hù)配置并監(jiān)控電量計(jì)(即 bq27425)

該bq27425裝置能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)單個(gè)鋰基可充電電池的電池容量和其他工作特性。該設(shè)備可以由系統(tǒng)處理器查詢(xún)以提供單元信息，如荷電狀態(tài)(SOC)。

通過(guò)一系列稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)命令的命令來(lái)訪問(wèn)信息。進(jìn)一步的功能由附加的擴(kuò)展命令集提供。這兩組命令由通用格式Command()表示，用于讀取和寫(xiě)入控制寄存器和狀態(tài)寄存器中包含的信息及其數(shù)據(jù)位置。命令使用I2C串行通信引擎從系統(tǒng)發(fā)送到儀表，可以在應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)制造或終端設(shè)備操作期間執(zhí)行。

高精度氣體測(cè)量預(yù)測(cè)的關(guān)鍵是德州儀器專(zhuān)有的阻抗跟蹤?算法。該算法使用電池測(cè)量、特性和屬性來(lái)創(chuàng)建充電狀態(tài)預(yù)測(cè)，可以在各種操作條件和電池壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度。

bq27425設(shè)備通過(guò)監(jiān)測(cè)位于系統(tǒng)VSS和電池PACK端子之間的小值集成感應(yīng)電阻(10 mΩ，典型)的電壓來(lái)測(cè)量電池的充電和放電。當(dāng)電池連接到燃料表時(shí)，電池阻抗根據(jù)電池電流、電池開(kāi)路電壓(OCV)和負(fù)載條件下的電池電壓計(jì)算。

該設(shè)備使用集成的溫度傳感器來(lái)估計(jì)電池溫度?；蛘撸魈幚砥骺梢詾槿剂媳硖峁囟葦?shù)據(jù)。

為了最大限度地減少功耗，燃油表有幾種電源模式:初始化、正常、睡眠和休眠。雖然系統(tǒng)處理器可以直接啟動(dòng)其中一些模式，但根據(jù)特定事件的發(fā)生，燃油表會(huì)自動(dòng)在這些模式之間切換。請(qǐng)參見(jiàn)操作模式。

· 根據(jù)電池化學(xué)成分和其他特性初始化電量計(jì)

· 持續(xù)監(jiān)控溫度、電壓、剩余容量和平均電流等狀態(tài)

· 執(zhí)行狀態(tài)機(jī)以確定何時(shí)對(duì)電池充電/放電以及設(shè)備是使用電池還是電源運(yùn)行

· 通過(guò) I2C、 USB、 SMBus或PMBus將電池/電量計(jì)狀態(tài)定期傳送至主機(jī)處理器

· 支持電池/電量計(jì)的固件更新

· 驗(yàn)證系統(tǒng)中使用的充電器/電池

· 在移動(dòng)電源等一些成本非常低的應(yīng)用中，MSP430 微控制器可以用作電源系統(tǒng)控制器。例如，對(duì)于鋰離子電池充電器，使用板載 ADC 測(cè)量電壓和電流并使用 PWM 計(jì)時(shí)器控制充電，可以在 MSP430 微控制器上輕松實(shí)現(xiàn)慢速充電、恒流充電和恒壓充電的狀態(tài)機(jī)。

·

相關(guān)應(yīng)用說(shuō)明：

· 使用 USB 的基于 MSP430 的鋰離子聚合物電池充電和測(cè)量解決方案 (Rev. A)

· 用于手持式電量計(jì)和電池驗(yàn)證的 MSP430 微控制器軟件 (Rev. A)

· 使用 MSP430F5529 和 bq76PL536 的多節(jié)鋰離子電池管理系統(tǒng)

· 使用 MSP430 硬件 I2C 實(shí)施 SMBus(修訂版 A)

· 使用 MSP430 USCI 的 PMBus 實(shí)施(修訂版 A)