技术干货|MSP430™低成本方案助力电池组系统实现强大功能

德州仪器 2021-12-09 18:30

TI MCU方案：能源基础设施实时控制 如何增强能源基础设施的实时控制？

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电池技术发展催生了全新一代的个人电子产品。也得益于技术的进步，电动工具、电动自行车和电动汽车等具有严苛电源要求的产品也有极大的发展。如今随着大规模的使用，电池必须比以往任何时候都安全，高效和智能。而随着人们对智能电池组系统的功能需求不断增加，选择合适的 MCU 也变得越来越重要。在本文中，我们将帮助读者了解如何利用 MSP430™ 的片上外设与生态系统来解决电池组系统中的挑战。

电池组概述

对于基本的锂电池保护需求，可以使用 BQ77915 等电池保护型 IC，以确保电池在其额定温度和额定电流下工作。而部分设计需要更多电池系统的实时状态信息，以实现更精确的监测和控制，这可以采用 BQ76952 等电池监测型 IC。

通常情况下，高端电池管理 IC 会搭载微控制器 (MCU)，以进行电池管理 IC 配置，通信，数据处理与计算，如图 1 所示。

图 1：锂离子电池组框图

另外，当系统需要电量追踪或数据记录等更高级的功能时，MCU 将在系统中发挥更重要的作用。

通过低成本感应缩减物料清单

部分电池组方案，可能采用 MCU 来检测环境信息（例如温度）。而 MSP430FR235x 上所具有的智能模拟组合 (SAC) 能给该类方案提供极大的助力。SAC 可以替代运算放大器和其他模拟信号调节元件，从而缩减物料清单 (BOM)。另外 SAC 可以不借助外部电路元件，如电阻和偏置信号，以实现信号调节与放大，减少 PCB 空间，并降低成本。

此外，SAC 是一种运行时可实时配置的外设，从而实现系统的动态优化和调节。例如，SAC 具有可编程的增益模式，可根据不同设计进行配置，而无需更改反馈电阻器等任何外部元件。该方案可以减少外部元件的数量，从而增加设计灵活性，并降低 BOM 成本。

在电池组系统中，除了温度检测外，SAC 也可配置为通用运算放大器，并与 12 位 ADC 配合使用以完成对低边电流的基本测量。

借助高性能存储器提高可靠性

在高性能的电池应用中，往往需要基于长期数据的算法（例如运行状态跟踪和充电状态跟踪）。而在不确定的电源环境中，Flash 可能难以支持频繁记录、低存储延迟的要求，而将数据存在 RAM 里往往存在着数据掉电丢失的风险。但是，具有铁电随机存取存储器 (FRAM) 的 MSP430 器件可以从容应对这类挑战。FRAM 是一种高性能存储器技术，能同时充当 Flash 和 RAM，可实现快速、低延迟、低功耗的非易失性存储，而且数据可以按 byte 擦写，擦写次数接近无限次。在电池触发过流或热保护电路时，FRAM 的低延迟高速存储功能可以极大降低意外断电时数据丢失的可能性。

通过低功耗性能延长电池寿命

降低待机功耗意味着运行时间更长。MSP430 器件提供多种睡眠模式，几乎可以满足任何电源场景。以 MSP430FR2355 为例，其待机电流为 620nA，关机电流为 42nA。

SAC 的使用也有助于降低系统功耗。可以在需要时动态使能、在不需要时断电以降低功耗。而传统的信号调节技术采用分立式运算放大器，无论是否处于有效工作状态，都会持续耗电。

TI 也提供 EnergyTrace 等软件分析工具来观察系统动态功耗，方便客户的调试与优化。此外，Code Composer Studio™ 软件和 IAR Embedded Workbench 中集成的超低功耗 (ULP) Advisor 工具，可以帮助客户从代码的角度优化功耗。

借助即用型 GUI 节省开发时间

一个全新系统的开发可能是一项挑战性的任务。MSP430 团队提供的图形用户界面 (GUI)，可加快 BQ76952 的开发和调试过程，如图 2 所示。将 MSP430FR2355 LaunchPad 开发套件与 BQ76952 评估模块 (EVM) 配套使用，您就可以详细地了解重要电池数据。