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干貨 | 低成本 MCU 助力電池組系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能

發(fā)布時(shí)間:2021-12-07 來(lái)源:德州儀器 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電池技術(shù)發(fā)展催生了全新一代的個(gè)人電子產(chǎn)品。也得益于技術(shù)的進(jìn)步,電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車等具有嚴(yán)苛電源要求的產(chǎn)品也有極大的發(fā)展。如今隨著大規(guī)模的使用,電池必須比以往任何時(shí)候都安全,高效,和智能。而隨著人們對(duì)智能電池組系統(tǒng)的功能需求不斷增加,選擇合適的 MCU 也變的越來(lái)越重要。在本文中,我們將對(duì) MSP430?的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行深入的探討,幫助讀者了解如何利用這些功能來(lái)解決電池組系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)。


干貨 | 低成本 MCU 助力電池組系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能


電池技術(shù)發(fā)展催生了全新一代的個(gè)人電子產(chǎn)品。也得益于技術(shù)的進(jìn)步,電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車等具有嚴(yán)苛電源要求的產(chǎn)品也有極大的發(fā)展。如今隨著大規(guī)模的使用,電池必須比以往任何時(shí)候都安全,高效,和智能。而隨著人們對(duì)智能電池組系統(tǒng)的功能需求不斷增加,選擇合適的 MCU 也變的越來(lái)越重要。在本文中,我們將對(duì) MSP430?的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行深入的探討,幫助讀者了解如何利用這些功能來(lái)解決電池組系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)。


電池組概述


對(duì)于基本的鋰電池保護(hù)需求,可以使用 BQ77915 等電池保護(hù)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(shè)計(jì)需要更多電池系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,以實(shí)現(xiàn)更精確的監(jiān)測(cè)和控制,這可以采用BQ76952 等電池監(jiān)測(cè)型IC。


通常情況下,高端電池管理 IC 會(huì)搭載微控制器 (MCU),以進(jìn)行電池管理IC配置,通信,數(shù)據(jù)處理與計(jì)算,如圖 1 所示。


干貨 | 低成本 MCU 助力電池組系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能

圖 1:鋰離子電池組框圖


另外,當(dāng)系統(tǒng)需要電量追蹤或數(shù)據(jù)記錄等更高級(jí)的功能時(shí),MCU 將在系統(tǒng)中發(fā)揮更重要的作用。


通過低成本感應(yīng)縮減物料清單


部分電池組方案,可能采用 MCU 來(lái)檢測(cè)環(huán)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(yùn)算放大器和其他模擬信號(hào)調(diào)節(jié)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(hào),以實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)節(jié)與放大,減少PCB空間,并降低成本。


此外,SAC 是一種運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)配置的外設(shè),從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和調(diào)節(jié)。例如,SAC 具有可編程的增益模式,可根據(jù)不同設(shè)計(jì)進(jìn)行配置,而無(wú)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(shù)量,從而增加設(shè)計(jì)靈活性,并降低BOM 成本。


在電池組系統(tǒng)中,除了溫度檢測(cè)外,SAC 也可配置為通用運(yùn)算放大器,并與12 位ADC配合使用以完成對(duì)低邊電流的基本測(cè)量。


借助高性能存儲(chǔ)器提高可靠性


在高性能的電池應(yīng)用中, 往往需要基于長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的算法(例如運(yùn)行狀態(tài)跟蹤和充電狀態(tài)跟蹤)。而在不確定的電源環(huán)境中, Flash可能難以支持頻繁記錄、低存儲(chǔ)延遲的要求,而將數(shù)據(jù)存在RAM里往往存在著數(shù)據(jù)掉電丟失的風(fēng)險(xiǎn)。但是,具有鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (FRAM) 的 MSP430 器件可以從容應(yīng)對(duì)這類挑戰(zhàn)。FRAM 是一種高性能存儲(chǔ)器技術(shù),能同時(shí)充當(dāng)Flash和RAM,可實(shí)現(xiàn)快速、低延遲、低功耗的非易失性存儲(chǔ),而且數(shù)據(jù)可以按byte擦寫,擦寫次數(shù)接近無(wú)限次。在電池觸發(fā)過流或熱保護(hù)電路時(shí),F(xiàn)RAM 的低延遲高速存儲(chǔ)功能可以極大降低意外斷電時(shí)數(shù)據(jù)丟失的可能性。


通過低功耗性能延長(zhǎng)電池壽命


降低待機(jī)功耗意味著運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)。MSP430 器件提供多種睡眠模式,幾乎可以滿足任何電源場(chǎng)景。以MSP430FR2355為例,其待機(jī)電流為 620nA,關(guān)機(jī)電流為 42nA。


SAC 的使用也有助于降低系統(tǒng)功耗??梢栽谛枰獣r(shí)動(dòng)態(tài)使能、在不需要時(shí)斷電以降低功耗。而傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)采用分立式運(yùn)算放大器,無(wú)論是否處于有效工作狀態(tài),都會(huì)持續(xù)耗電。


TI也提供EnergyTrace 等軟件分析工具來(lái)觀察系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功耗,方便客戶的調(diào)試與優(yōu)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(yōu)化功耗。


借助即用型 GUI 節(jié)省開發(fā)時(shí)間


一個(gè)全新系統(tǒng)的開發(fā)可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的任務(wù)。MSP430團(tuán)隊(duì)提供的圖形用戶界面 (GUI),可加快 BQ76952 的開發(fā)和調(diào)試過程,如圖 2 所示。將 MSP430FR2355 LaunchPad 開發(fā)套件與 BQ76952 評(píng)估模塊 (EVM)配套使用,您就可以詳細(xì)地了解重要電池?cái)?shù)據(jù)。


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圖 2:MSP+BQ 儀表板接口


結(jié)語(yǔ)


隨著功能需求的不斷增加,電池系統(tǒng)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(jiǎn)化產(chǎn)品開發(fā)流程,加快產(chǎn)品上市。多樣化的 MSP430 MCU 產(chǎn)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(chǎn)品信息和技術(shù)資源。

(來(lái)源:德州儀器)


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