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一個(gè)基于智能電池供電的電源系統設計
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時(shí)間：2011-01-11
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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LTC1760是為使用雙路智能電池應用而設計的高度集成的3級電池充電器和選擇器，采用降壓開(kāi)關(guān)拓撲，具有符合智能電池標準定義的多種功能和輸入限流、安全限制等新增功能。LTC1760的SMBus接口可以跟蹤電池的內部電壓和電流，同時(shí)允許一個(gè)外接的SMBus主機監控任意一個(gè)電池的狀態(tài)。通過(guò)SMBus接口，主機系統可獲知電池供電系統的工作狀態(tài)，例如電池組的電壓、電流、充電電壓、充電電流、電池告警狀態(tài)，以及使用的外接電源還是電池組供電等。LTC1760的充電精度由電池組內部的電壓、電流測量值決定，典型的測量精度誤差為±0.2%。雙電池系統通常采用順序放電方式放電，即先消耗電池組1的電量，再消耗電池組2的電量，通過(guò)這種方式來(lái)簡(jiǎn)單地延長(cháng)總的電池放電時(shí)間。而LTC1760采用專(zhuān)有的供電路徑架構支持兩路電池同時(shí)充電或放電。典型狀態(tài)下，可使電池供電時(shí)間延長(cháng)10%，而充電時(shí)間可減少50%。LTC1760能夠在10 μs內在輸入電源之間切換，防止電池或外部電源遷移時(shí)供電中斷。電池的熱敏電阻可以用于監控電池的溫度和電池的連接狀態(tài)。
智能電池系統管理電路在設計中需確定5個(gè)關(guān)鍵參數：
① 輸入限流電阻RCL。用于限制系統充電電流和負載電流之和，不超過(guò)外接電源適配器的額定電流。系統中，適配器選擇24 V、150 W，額定電流為6 A，RCL的電流ILIM=5.7 A，RCL選擇0.018 Ω/1 W的電阻。
② 限流電阻RILIM。設定充電器可以供給電池的最大允許電流，任何超過(guò)這個(gè)限度的值都會(huì )被限定值所取代。
③ 匹配充電電流檢測電阻RSENSE。作用是讓充電器的滿(mǎn)標度電流與設置滿(mǎn)標度限流值同步。在本系統中充電最大電流設定為4 A，RILIM設定為開(kāi)路，RSENSE使用0.025 Ω/1 W的電阻。
④ 限壓電阻RVLIM。用于設定充電器可輸出的5個(gè)限壓值中的一個(gè)，本系統中充電限制電壓設定為16.8 V，因此，RVLIM選擇33 kΩ的電阻。
⑤ 短路保護電阻RSC。用于設定電路短路保護啟動(dòng)電流。系統中3個(gè)電源通路都由2個(gè)背對背的P溝道場(chǎng)效應管與短路檢測電阻RSC串聯(lián)。系統中選擇RSC=0.012 Ω/1 W。
經(jīng)過(guò)智能電池系統管理電路電源路徑選擇后，+12 V電源產(chǎn)生電路的輸入端電壓：外接直流電供電時(shí)為+24 V。2.3+12 V產(chǎn)生電路電池組供電時(shí)，電壓可從滿(mǎn)電時(shí)的+16.8 V逐漸下降到+11.6 V。因此，輸入電壓的變化范圍為+11.6~+24 V。
如果使用單一的降壓變換電路產(chǎn)生+12 V電路，那么在電池供電過(guò)程中，當電池即將放空、電池電壓接近或低于12 V時(shí)，電路將不能正常工作。此時(shí)，電池仍有一定的電量未放出，不能充分利用電池的供電能力。若采用獨立的降壓-升壓或者升壓-降壓電路進(jìn)行組合，則在輸入電壓高于+12 V的大部分工作時(shí)間內，電源轉換的效率較低，而且電路復雜。本設計中采用SEPIC（SingleEnded Primary Inductance Converter，單端主電感變換器）電路，用LTC1871作為SEPIC控制器。這樣，無(wú)論在外接電源及電池組電壓大于12 V時(shí)，還是在電池供電后期，均能產(chǎn)生＋12 V供電電壓。
SEPIC電路拓撲和電流在開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)情況下的流向示意分別如圖4（a）～（c）所示。L1和主開(kāi)關(guān)SW構成了一個(gè)升壓轉換器，L2和二極管D1構成升壓-降壓型轉換器。取L1=L2，并將L1和L2繞在同一核心上，可以降低輸入紋波、尺寸和成本。在系統中選擇L1、L2在同一核心上，并且兩者具有相等的電感。
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