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在嵌入式系统中使用锂电池系列4-iMX7低功耗演示

已有 1537 次阅读| 2018-11-9 12:09 |系统分类:嵌入式

By Toradex Andrija Stojkovic

欢迎阅读本博文，这里我们将向你介绍在嵌入式系统中锂电池的应用概况。本文是 4 篇系列文章的第四篇。本文将使用基于NXP iMX7 ARM处理器的来自Toradex Colibri iMX7的低功耗演示板来展示锂电池的应用方案。

iMX7采用了 Arm Cortex-A7 和 Cortex-M4 核的异构多核处理技术。在应用核上运行嵌入式 Linux 系统，并在 M4 核上运行实时操作系统 FreeRTOS。而我们将使用该演示展板来展示锂电池的应用方案。之所以取名低功耗演示，是因为我们可以关闭 Cortex A7 核心，并只运行 i.MX 7 M4 核心来读取传感器和控制 SPI LCD 液晶显示屏。下面是框图介绍。

Colibri iMX7 低功耗演示板框图

我们对电池系统的要求：

· 通过 5V USB BC 1.2 充电

· 5V 到 20V 可变外部电源

· 5V 和 3.3V 系统电压

· 电池使用时间超过 1 天

从 Colibri iMX7 技术手册得知 CPU 在最大负荷时需要最高 300mA 的电流。如我之前的建议，我们将会使用两个串联的可拆卸电池，而不是更加危险的并联方式。我们使用 TI BQ2920x 实现电压保护并提供针对 2S 锂电池自动平衡。也可以通过外部方式实现电池平衡。对于演示展板，完全可以使用自主主动平衡，就像你在很多消费品设备里看到的一样。我还是推荐使用专用引脚控制平衡充电，只在更高的 SoC 层面控制，避免过度或者过早的放电。我们使用 LT 的 LTC2943 电池计量表通过 I2C 总线来测量电流、电压和温度，并在 SPI 液晶显示屏上显示实际的充电状态。该器件使用一个 14 位 delta-sigma ADC 获取准确的库伦值。我们只使用 BC 1.2 标准，电压维持在 5V。因此，TI BQ24392 用作电池充电检测芯片。我建议仔细阅读该芯片手册，认真研究充电检测框图。充电电路的核心是带有降压-升压转换器的 ISL9237，所以我们能够使用 USB 的 5V 和外部 5V 到 20V 直流电源为电池充电，如下图示例。

这是一个非常豪华的方案，满足我们的需求并展示了可能的选择。然而对于实际的应用案例，我建议只使用一个直流电源并固定电压，并使其高于电池的最大电压。另一方面，也可以只使用 USB 或者直流电源的 5V 充电，这样仅使用升压转换器的简单充电电路。

Toradex Colibri iMX7 低功耗演示板 BMS 概况

我希望所介绍的方案是易于理解的，并能够作为您自己方案的参考设计。再次强调，这只是众多方案中的其中一个，可以在成本或效能上进一步优化。这个案例说明了使用可充电的锂电池为嵌入式系统供电并不困难。有了我们模块化的设计，借助额外的电子器件扩展底板，可以很方便地实现类似的方案。如果您还有疑问或者想要更多的信息，欢迎联系我们。我很乐意和电池管理系统专家交流。