便携式电源如挪动电源,电动车电源、汽车电源等都是由一个个太阳 单位构成的，由于太阳 产物固有的偏差，要平衡这个偏差让太阳 组更好的任务，就须要做BMS办理设想，那末太阳 组的办理电路设想怎样做呢？

太阳 组办理体系全体布局

设想的利用实体是一个产业上利用的便携式太阳 组装备，接纳Altera的FPGA和其上的NIOS II嵌入式处置器，并利用USB接口与电脑相毗连，面向的是大数据量利用。这个装备须要30V直流电压，以是打算利用4个1000mAh锂聚合物太阳 串连的太阳 组；别的，出于防水防尘的斟酌，对外只利用一个方形的USB接口（USBB Type Sockr，这个USB口同时兼具数据传输和充电的功效。

 

节制焦点包含FPGA及其所连的接口、显现电路，须要3.3V的低电压，由高效力的DC/DC芯片从4芯太阳集团 组间接降压取得。这个电压很重要，以是须要坚持不变且持续，除非太阳 组低电量或过流掩护，不然此电压一向供应。

履行机构须要30V直流电压，电流约莫80mA摆布，利用一个升压DC/DC电路，这个电路由节制焦点支配，日常平凡是不任务的，只在须要举措之前开启。

充电利用内部20V电源，经由过程USB接口毗连。利用这类电源的斟酌是为了停止1C或0.5C大电流高速充电。由于与通俗USB共用一个端口，为了防止接入通俗USB时进入充电法式，须要一个电压判定电路停止判定。

由于符合须要的芯片处理计划市场上很难寻找，决议利用FPGA的残剩逻辑资本来完成充电器的节制功效，增加少许的摹拟电路来帮助。这就请求对节制电路的供电不能间断，太阳 组必须一向在线，并且太阳 负极须要一向与GND毗连。

1、电压采样

最重要的局部便是电压采样电路的设想，请求精度高并且受温度影响小。这个设想难点在于太阳 电压对GND而言是浮动的。良多计划接纳了差分运放转换到对地电压而后输入公用ADC停止AD变更的计划。但这个计划由于引入了差分运放，发生了良多题目。起首，电压比拟高，运放很难找；其次，运放的电源与输入电压利用统一个电源，如许一来就请求运放须要轨到轨输入的功效；再次，能够或许还须要一个负电源，利用DC/DC又引入了噪声；别的，运放及利用婚配的电阻使得精度降落。

RC充电电路

为了尽可能简化电路，这里机关了积分型的ADC，将FPGA按时的高精度转化为电压丈量的高精度。其任务流程是：J1先闭合，开释C1上的电荷；而后J1翻开，由R1对C1停止充电；电压比拟器U1将C1上的电压与参考电压V2比拟，当C1电压跨越V2时输入高电平。统计从J1翻开到U1输入高电平之间的时候，便能够或许肯定V1的电压巨细。能够或许直观地看出，V1越高，这段时候越短。

现实取样电路图

现实的电路如图3所示，注重这幅图只画出了第一个太阳 的丈量电路。此中，R1与C1便是积分利用的电阻与电容，Q1是常常利用的P-MOSFET，这里用来完成J1给电容放电的功效，U5 同时完成电压基准与电压比拟器两重功效。X1是放电节制，来自FPGA，X2是开关量输入，去往FPGA。

这个电路在静态时仅仅耗损MAX921的4uA电流和C1、Q1、Q2的泄电流，根基能够或许疏忽不计，很是省电。

这个电路别的一个特点是免却了常常利用的光电耦合器，而利用电容C2取代。静态时，C2两头到达电压平衡，不耗损电能，此时，X2电压为0。U5输入高电日常平凡，由于C2两头电压不能瞬变，故X2电压被晋升。D1与D2两个肖特基二极管是起限幅感化的。细心调剂C2与R4的值就能够或许顺遂地通报开关量信息。

2、平衡充电

平衡充电是一切太阳集团 组所须要的充电体例，可是良多小功率的利用中现实是不平衡充电的，如大大都的条记本电脑太阳 组，如许做现实上对太阳 寿命的影响是相称大的。

现有的平衡手艺首要分为太阳 间能量通报平衡和内部能量输入平衡。太阳 间能量平衡便是把高电量太阳 的能量给低电量太阳 充电。这类体例最大的题目便是节制起来很庞杂。

此刻良多公用芯片或单片机处理计划利用的是内部平衡的体例，这类体例是经由过程可节制的耗能来完成的。这类体例中普通都是利用一个耗能元件来耗损能量，从而期待其余太阳 单位布满或降落某些单位的电压。这类计划的缺点在于稳压二极管上的耗能太大，形成的发烧量是不能忍耐的。

固然，这只是一个表示图，不包含电流检测电路（输入到变压器之间）和电压检测电路（变压器次级绕组）。此中，开关阵列是勤奋率MOSFET完成。

这类做法，管子都任务在开关状况，耗能很少，别的太阳 不串连二极管，能够或许取得最大输入。缺乏的地方仍是电路比拟庞杂，由于要婚配每一个太阳 的电压，以是请求输入充电电路是断绝的。这里接纳T1变压器作为断绝，由于开关频次能够或许做得很高，T1变压器的体积很小。全部充电电路任务在开关状况，不再增加任何的节制模块，由FPGA间接节制场效应管，电流检测和电压检测电路的输入也转化为开关量间接传给FPGA。

充电分为四个步骤：

a）检测是不是有太阳 单体低于2.5V，若有，利用5%的占空比对低于2.5V的太阳 轮番充电，使其升压到2.5V；

b）翻开J1和J8，对全体停止大电流充电，同时丈量太阳 单体的电压，若是有太阳 单体到达4.2V，进入下个步骤；

c）逐步降落占空比，使单体太阳 的最高电压保持在4.2V，直到占空比<5%；

d）对未到4.2V的太阳 停止轮番充电，当占空比均降落到5%时，充电竣事。

这里须要申明的是，a）和d）步骤中轮番充电是经由过程开关矩阵完成的，并且轮番充电并不会耽误充电时候，这是由于此时的占空比远远小于25%，能够或许在一个充电周期内别离给四个太阳 充电。

3、过流和高压掩护

为了保障太阳 组的相对宁静，太阳 组的过流和高压掩护是自力设置的，当呈现题目时可间接堵截太阳 组的输入，这类范例的电路也很是遍及。