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低成本MCU助力電池組系統實現強大的功能

德州儀器 ? 來源:德州儀器 ? 作者:德州儀器 ? 2022-02-15 13:36 ? 次閱讀

電池技術發展催生了全新一代的個人電子產品。也得益于技術的進步,電動工具、電動自行車和電動汽車等具有嚴苛電源要求的產品也有極大的發展。如今隨著大規模的使用,電池必須比以往任何時候都安全,高效,和智能。而隨著人們對智能電池組系統的功能需求不斷增加,選擇合適的 MCU 也變的越來越重要。在本文中,我們將對 MSP430的生態系統進行深入的探討,幫助讀者了解如何利用這些功能來解決電池組系統中的挑戰。

電池組概述

對于基本的鋰電池保護需求,可以使用 BQ77915 等電池保護型IC,以確保電池在其額定溫度和額定電流下工作。而部分設計需要更多電池系統的實時狀態信息,以實現更精確的監測和控制,這可以采用BQ76952 等電池監測型 IC。

通常情況下,高端電池管理 IC 會搭載微控制器 (MCU),以進行電池管理 IC 配置,通信,數據處理與計算,如圖 1 所示。

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1鋰離子電池組框圖

另外,當系統需要電量追蹤或數據記錄等更高級的功能時,MCU 將在系統中發揮更重要的作用。

通過低成本感應縮減物料清單

部分電池組方案,可能采用 MCU 來檢測環境信息(例如溫度)。而 MSP430FR235x 上所具有的智能模擬組合 (SAC) 能給該類方案提供極大的助力。 SAC 可以替代運算放大器和其他模擬信號調節元件,從而縮減物料清單 (BOM)。另外 SAC 可以不借助外部電路元件,如電阻和偏置信號,以實現信號調節與放大,減少 PCB 空間,并降低成本。

此外,SAC 是一種運行時可實時配置的外設,從而實現系統的動態優化和調節。例如,SAC 具有可編程的增益模式,可根據不同設計進行配置,而無需更改反饋電阻器等任何外部元件。該方案可以減少外部元件的數量,從而增加設計靈活性,并降低 BOM 成本。

在電池組系統中,除了溫度檢測外,SAC 也可配置為通用運算放大器,并與12 位ADC配合使用以完成對低邊電流的基本測量。

借助高性能存儲器提高可靠性

在高性能的電池應用中, 往往需要基于長期數據的算法(例如運行狀態跟蹤和充電狀態跟蹤)。而在不確定的電源環境中, Flash 可能難以支持頻繁記錄、低存儲延遲的要求,而將數據存在 RAM 里往往存在著數據掉電丟失的風險。但是,具有鐵電隨機存取存儲器 (FRAM) 的 MSP430 器件可以從容應對這類挑戰。FRAM 是一種高性能存儲器技術,能同時充當 Flash 和 RAM,可實現快速、低延遲、低功耗的非易失性存儲,而且數據可以按 byte 擦寫,擦寫次數接近無限次。在電池觸發過流或熱保護電路時,FRAM 的低延遲高速存儲功能可以極大降低意外斷電時數據丟失的可能性。

通過低功耗性能延長電池壽命

降低待機功耗意味著運行時間更長。MSP430 器件提供多種睡眠模式,幾乎可以滿足任何電源場景。以 MSP430FR2355 為例,其待機電流為 620nA,關機電流為 42nA。

SAC 的使用也有助于降低系統功耗。可以在需要時動態使能、在不需要時斷電以降低功耗。而傳統的信號調節技術采用分立式運算放大器,無論是否處于有效工作狀態,都會持續耗電。

TI 也提供EnergyTrace等軟件分析工具來觀察系統動態功耗,方便客戶的調試與優化。此外,Code Composer Studio軟件和 IAR Embedded Workbench 中集成的超低功耗 (ULP) Advisor 工具,可以幫助客戶從代碼的角度優化功耗。

借助即用型 GUI 節省開發時間

一個全新系統的開發可能是一項挑戰性的任務。MSP430 團隊提供的圖形用戶界面 (GUI),可加快 BQ76952 的開發和調試過程,如圖 2 所示。將 MSP430FR2355 LaunchPad 開發套件BQ76952 評估模塊 (EVM) 配套使用,您就可以詳細地了解重要電池數據。

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2MSP+BQ 儀表板接口

結語

隨著功能需求的不斷增加,電池系統將趨于更高的能量密度、更高的安全性和更高的板載智能。而選擇合適的 MCU 有助于簡化產品開發流程,加快產品上市。多樣化的 MSP430 MCU 產品組合可讓您輕松選擇在性能、功耗和成本方面符合您需要的器件。查看以下鏈接,了解產品信息和技術資源。

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審核編輯:符乾江
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