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    實現不間斷能源的智能備用電池第二部分:BBU微控制器的功能和操作

    2024-04-11 08:34:04 EETOP

    摘要

    開放計算項目(OCP)是一個非營利組織,專注于推動各企業在數據中心產品設計及最佳實踐方面加強交流。近日,該組織發布了開放機架第三版(ORV3)規范。規范中比較顯著的變化在于設計架構從12 V遷移到了48 V。本系列文章重點介紹ADI公司的備用電池單元(BBU)參考設計,分為五部分,這是第二部分?!皩崿F不間斷能源的智能備用電池第一部分:電氣和機械設計”討論了BBU的電氣和機械設計考慮因素。第二部分將深入介紹微控制器的軟件,該軟件主要負責確保進程平穩運行,從而為BBU的高效率和容量提供保障。硬件和軟件必須順暢協作,才能實現滿足規范要求的系統級解決方案。

     

    簡介

    在BBU模塊中實施優良的管理至關重要,這能帶來諸多顯著的好處。保持電路井然有序的主要優勢在于,可以增強和提升安全性,從而降低模塊發生電氣火災和其他危險的風險。此外,優良的管理方式可以防止發生可能干擾正常運行的電氣故障,從而提高電路性能,延長使用壽命。定期監控和整理電路以識別和解決可能出現的問題或故障至關重要。將良好的管理方式放在優先位置,可以確保電路具有優異安全性和性能,此方法簡單而有效,不容小覷。每個BBU模塊均采用一個微控制器和一個電池管理系統(BMS)微控制器。在ADI公司的參考設計中,超低功耗Arm?微控制器MAX32690充當微控制器,負責執行六個重要進程(見圖1)。MAX32625微控制器充當參考設計的BMS微控制器。BMS微控制器負責與ADBMS6948芯片通信,并將所有測量數據傳遞給微控制器。

     

    微控制器的六個進程如下:

    ? 執行管理任務和通過I2C協議與各種外設進行通信。

    ? 處理由背板電壓數據提供的放電序列。

    ? 選擇恒流模式或恒壓模式處理電池的充電工作。

    ? 轉變BBU模塊的充放電狀態。

    ? 故障處理和響應。

    ? 作為Modbus從機響應Modbus命令。

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    圖1.主控制器的管理操作周期1

     

    微控制器進程:

    執行管理任務和通過I2C與各種外設通信

    在眾多輔助器件連接到模塊電路的情況下,微控制器用作I2C主器件。核心微控制器收集并保存來自輔助器件的數據,同時充當I2C主器件。為了推進各種任務順利進行,微控制器還負責控制各種I2C輔助器件。多款I2C輔助器件示例如下:

    ? BMS微控制器采用MAX32625。

    ? LTC2971,雙通道電源系統管理器。

    ? MAX31760,精密風扇速度控制器。

    ? 24AA512T/EEPROM,用作數據存儲器,可檢索和存儲重要數據。

    ? LTC2991,溫度傳感器。

     

    BMS微控制器(MAX32625)

    微控制器定期與BMS微控制器(MAX32625)通信,接收有關各個電池包的電芯電壓、充電狀態(SOC)、健康狀態(SOH)、電芯溫度以及電池包可能出現的任何故障的更新信息。更新每四分鐘進行一次,因為電芯電壓、SOC、SOH和溫度預計不會快速變化。如果發生任何故障,兩個微控制器之間的共享引腳將置為高電平,并觸發微控制器上的中斷,進而立即讀取BMS微控制器,獲取有關故障的信息。微控制器中有專用I2C端口,僅用于與BMS微控制器通信,以支持兩個微控制器之間快速通信。

     

    LTC2971(電源管理IC)

    微控制器時常通過電源管理總線(PMBUS)協議與LTC2971通信,檢查電壓、電流和溫度測量結果以及有無警告和故障。當測量背板輸出電壓參數時,LTC2971起到快速反饋作用,以便微控制器調整其例程。此外,該器件會調整電源變換器的反饋電壓,并允許其將輸出電壓下調1%,從而確保放電工作模式下輸出電壓處于調節范圍內。

     

    MAX31760(風扇控制器)

    MAX31760負責調節BBU模塊的風扇速度。脈沖寬度調制的占空比由微控制器配置,以通過I2C調節風扇的速度。微控制器根據溫度以及背板負載電流或電池包負載電流,計算并調整所需的風扇速度。

     

    24AA512TT(EEPROM/數據存儲)

    板載EEPROM充當整個BBU模塊的外部存儲器件。微控制器通過I2C寫入閃存頁,定期將電池電壓水平、SOC、SOH、電芯類型和型號年份以及電路板溫度等重要信息保存到EEPROM中。該數據每小時更新一次,用戶可以在維護和故障排除期間訪問。

     

    LTC2991(數字板載溫度監測)

    LTC2991是一款八通道電壓、電流和溫度傳感器。該器件借助放置在電池模組內部重要位置的各種數字傳感器,監測電池模塊的溫度。根據溫度讀數,微控制器可以調節風扇速度,確保電源板和電池堆的工作溫度保持在適當水平,并且始終低于40℃。

     

     

     

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    關于ADI公司

    Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司,致力于在現實世界與數字世界之間架起橋梁,以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案,推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展,應對氣候變化挑戰,并建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2023財年收入超過120億美元,全球員工約2.6萬人。攜手全球12.5萬家客戶,ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息,請訪問

    www.analog.com/cn


    關鍵詞: ADI 微控制器 電池

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