低成本 MCU 助力電池組系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大功能

電池技術(shù)發(fā)展催生了全新一代的個(gè)人電子產(chǎn)品。也得益于技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)等具有嚴(yán)苛電源要求的產(chǎn)品也有極大的發(fā)展。如今隨著大規(guī)模的使用，電池必須比以往任何時(shí)候都安全，高效，和智能。而隨著人們對(duì)智能電池組系統(tǒng)的功能需求不斷增加，選擇合適的 MCU 也變的越來(lái)越重要。在本文中，我們將對(duì) MSP430? 的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行深入的探討，幫助讀者了解如何利用這些功能來(lái)解決電池組系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)。

電池組概述
對(duì)于基本的鋰電池保護(hù)需求，可以使用 BQ77915 等電池保護(hù)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(shè)計(jì)需要更多電池系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，以實(shí)現(xiàn)更精確的監(jiān)測(cè)和控制，這可以采用BQ76952 等電池監(jiān)測(cè)型IC。

通常情況下，高端電池管理 IC 會(huì)搭載微控制器 (MCU)，以進(jìn)行電池管理IC配置，通信，數(shù)據(jù)處理與計(jì)算，如圖 1 所示。

圖 1：鋰離子電池組框圖

另外，當(dāng)系統(tǒng)需要電量追蹤或數(shù)據(jù)記錄等更高級(jí)的功能時(shí)，MCU 將在系統(tǒng)中發(fā)揮更重要的作用。

通過(guò)低成本感應(yīng)縮減物料清單
部分電池組方案，可能采用 MCU 來(lái)檢測(cè)環(huán)境信息（例如溫度）。而MSP430FR235x上所具有的智能模擬組合 (SAC) 能給該類(lèi)方案提供極大的助力。 SAC 可以替代運(yùn)算放大器和其他模擬信號(hào)調(diào)節(jié)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(hào)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)節(jié)與放大，減少PCB空間，并降低成本。

此外，SAC 是一種運(yùn)行時(shí)可實(shí)時(shí)配置的外設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化和調(diào)節(jié)。例如，SAC 具有可編程的增益模式，可根據(jù)不同設(shè)計(jì)進(jìn)行配置，而無(wú)需更改反饋電阻器等任何外部元件。該方案可以減少外部元件的數(shù)量，從而增加設(shè)計(jì)靈活性，并降低BOM 成本。

在電池組系統(tǒng)中，除了溫度檢測(cè)外，SAC 也可配置為通用運(yùn)算放大器，并與12 位ADC配合使用以完成對(duì)低邊電流的基本測(cè)量。

借助高性能存儲(chǔ)器提高可靠性
在高性能的電池應(yīng)用中， 往往需要基于長(zhǎng)期數(shù)據(jù)的算法（例如運(yùn)行狀態(tài)跟蹤和充電狀態(tài)跟蹤）。而在不確定的電源環(huán)境中， Flash可能難以支持頻繁記錄、低存儲(chǔ)延遲的要求，而將數(shù)據(jù)存在RAM里往往存在著數(shù)據(jù)掉電丟失的風(fēng)險(xiǎn)。但是，具有鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (FRAM) 的 MSP430 器件可以從容應(yīng)對(duì)這類(lèi)挑戰(zhàn)。FRAM 是一種高性能存儲(chǔ)器技術(shù)，能同時(shí)充當(dāng)Flash和RAM，可實(shí)現(xiàn)快速、低延遲、低功耗的非易失性存儲(chǔ)，而且數(shù)據(jù)可以按byte擦寫(xiě)，擦寫(xiě)次數(shù)接近無(wú)限次。在電池觸發(fā)過(guò)流或熱保護(hù)電路時(shí)，F(xiàn)RAM 的低延遲高速存儲(chǔ)功能可以極大降低意外斷電時(shí)數(shù)據(jù)丟失的可能性。

通過(guò)低功耗性能延長(zhǎng)電池壽命
降低待機(jī)功耗意味著運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)。MSP430 器件提供多種睡眠模式，幾乎可以滿足任何電源場(chǎng)景。以MSP430FR2355為例，其待機(jī)電流為 620nA，關(guān)機(jī)電流為 42nA。

SAC 的使用也有助于降低系統(tǒng)功耗?？梢栽谛枰獣r(shí)動(dòng)態(tài)使能、在不需要時(shí)斷電以降低功耗。而傳統(tǒng)的信號(hào)調(diào)節(jié)技術(shù)采用分立式運(yùn)算放大器，無(wú)論是否處于有效工作狀態(tài)，都會(huì)持續(xù)耗電。

TI也提供EnergyTrace 等軟件分析工具來(lái)觀察系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功耗，方便客戶的調(diào)試與優(yōu)化。此外，Code Composer Studio? 軟件和IAR Embedded Workbench中集成的超低功耗 (ULP) Advisor 工具，可以幫助客戶從代碼的角度優(yōu)化功耗。

借助即用型 GUI 節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間
一個(gè)全新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可能是一項(xiàng)挑戰(zhàn)性的任務(wù)。MSP430團(tuán)隊(duì)提供的圖形用戶界面 (GUI)，可加快 BQ76952 的開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程，如圖 2 所示。將 MSP430FR2355 LaunchPad 開(kāi)發(fā)套件與 BQ76952 評(píng)估模塊 (EVM)配套使用，您就可以詳細(xì)地了解重要電池?cái)?shù)據(jù)。

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圖 2：MSP+BQ 儀表板接口

結(jié)語(yǔ)
隨著功能需求的不斷增加，電池系統(tǒng)將趨于更高的能量密度、更高的安全性和更高的板載智能。而選擇合適的 MCU 有助于簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，加快產(chǎn)品上市。多樣化的 MSP430 MCU 產(chǎn)品組合可讓您輕松選擇在性能、功耗和成本方面符合您需要的器件。查看以下鏈接，了解產(chǎn)品信息和技術(shù)資源。