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低成本 MCU 助力電池組系統實現強大功能

本文作者:德州儀器       點擊: 2021-12-06 11:24
前言:
 
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,和智慧。而隨著人們對智慧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,幫助讀者瞭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
對於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即時狀態資訊,以實現更精確的監測和控制,這可以採用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,資料處理與計算,如圖 1 所示。
 
圖 1:鋰離子電池組框圖

另外,當系統需要電量追蹤或資料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,可能採用 MCU 來檢測環境資訊(例如溫度)。而MSP430FR235x上所具有的智慧類比組合 (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類比信號調節元件,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,並降低成本。

此外,SAC 是一種運行時可即時配置的外設,從而實現系統的動態優化和調節。例如,SAC 具有可程式設計的增益模式,可根據不同設計進行配置,而無需更改回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,並降低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,並與12 位ADC配合使用以完成對低邊電流的基本測量。

借助高性能記憶體提高可靠性
在高性能的電池應用中, 往往需要基於長期資料的演算法(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可能難以支援頻繁記錄、低存儲延遲的要求,而將資料存在RAM裡往往存在著資料掉電丟失的風險。但是,具有鐵電隨機存取記憶體 (FRAM) 的 MSP430 器件可以從容應對這類挑戰。FRAM 是一種高性能記憶體技術,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,而且資料可以按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資料丟失的可能性。

通過低功耗性能延長電池壽命
降低待機功耗意味著執行時間更長。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 的使用也有助於降低系統功耗。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採用分立式運算放大器,無論是否處於有效工作狀態,都會持續耗電。

TI也提供EnergyTrace 等軟體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™ 軟體和IAR Embedded Workbench中集成的超低功耗 (ULP) Advisor 工具,可以説明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團隊提供的圖形化使用者介面 (GUI),可加快 BQ76952 的開發和調試過程,如圖 2 所示。將 MSP430FR2355 LaunchPad 開發套件與 BQ76952 評估模組 (EVM)配套使用,您就可以詳細地瞭解重要電池資料。
 
圖 2:MSP+BQ 儀錶板介面

結語
隨著功能需求的不斷增加,電池系統將趨於更高的能量密度、更高的安全性和更高的板載智能。而選擇合適的 MCU 有助於簡化產品開發流程,加快產品上市。多樣化的 MSP430 MCU 產品組合可讓您輕鬆選擇在性能、功耗和成本方面符合您需要的器件。查看以下連結,瞭解產品資訊和技術資源。

關於德州儀器 (TI)
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