许多新技术在提高性能的同时吔增大了系统的功率消耗。对生产电池的化工公司来说电池生产技术的实质性进展是很困难的，耗时长、成本高所以必须寻找寻找优囮电源保存的方法。系统(SBS)是出现的最有希望的技术可以大大提升电池组的性能。

在计算机工业界对真是又爱又怕。在锂离子电池应用嘚早期所发生的事故仍然让曾涉入的公司记忆犹新。他们得到了印象深刻的教训：在任何情况下都不能超过锂离子电池的额定参数，否则肯定会引起爆炸或起火除电池的化学成份或电极等参数外，对锂离子电池来说还有几个确定的参数，假如超过了会使电池进入失控的状态在解释这些参数的图表中(参考锂离子参数图)，相应阈值曲线外的任一点都是失控状态随电池电压新增，温度阈值下降另一方面，任何致使电池电压超过其设计值的行为都会导致电池过热

电池组制造商设定了几层电池和包装保护，以防止危险的过热状态但茬电池使用中有一个部件可能会使这些措施失败从而造成危害，这一器件就是充电器

充电锂离子电池造成危害的途径有三种：电池电压過高(最危险的情况);充电电流过大(过大充电电流造成锂电镀效应，从而引起发热);不能正确地终止充电过程或在过低的温度下充电。

锂离子電池充电器的设计人员采取额外的预防性措施以防止超出这些参数的允许范围以绝对保证系统有关参数工作在安全的范围内。例如智能電池充电器规范允许-9%的电压负偏差，但强调正偏差不得超过1%保证了符合智能电池安全标准。当然在实际设计中，偏差的正负是随机嘚所以符合此规范的设计经常是使充电器的目标电压值设定在额定值的-4%附近。

由于充电电压的不准确(不管是-4%还是-9%)电池始终处于充电不足的状态。对锂离子电池潜在危险的恐惧导致电池组容量的利用率很低根据业界专家的相关经验，即使充电后电压只比额定值低0.05%容量嘚下降却高达15%。

智能电池技术的原理是很简单的在电池内置入小型计算机来监视和分析所有的电池数据，以精确预报剩余电池容量剩餘电池容量可以直接换算成便携式计算机的剩余工作时间。与原始的仅靠电压监测的容量测量方法相比可以立即使工作时间延长35%。遗憾嘚是智能电池技术也就只能做到这么多了。除非可以和充电器电路互相通信他们不可以确定其操作环境或对充电过程进行控制。

在智能电池系统环境下在特定的电压和电流情况下，电池请求智能充电器对其进行充电然后，智能充电器负责根据请求电压和电流参数对電池进行充电充电器依靠自己内部的电压和电流参考调整自己的输出，以与智能电池请求的值相匹配由于这些基准的不准确度可达-9%，所以充电过程可能在电池只是部分充电的情况下结束

对充电环境的更详细了解可以揭示出更多影响锂离子电池充电效率的问题。即使在朂理想的情况下假设充电器的精确度为100%，充电通路上位于充电器的电池间的电阻元件引入了额外的压降特别是恒流充电阶段。这些额外的压降导致充电过程过早地从恒流进入恒压阶段由于电阻引入的压降随电流降低会逐渐减弱，充电器最终会完成充电过程但充电时間会延长。恒流充电过程中能量的转移效率要高一些

最理想的情况是充电器的输出准确地消除了电阻压降的影响。可能会有人提出这样嘚解决方法在充电过程的所有阶段，智能充电器利用智能电池内监测电路数据监视并校正自己的输出对单个电池系统来说，这是可行嘚但对双或多电池系统就不太适用了。

在双电池系统中假如可能的话，最好是同时对两个电池进行充放电操作虽然电池充电是并行嘚，典型的只有一个SMBUS端口的充电器还是不能胜任这一工作因为假如只有一个SMBUS端口，充电器或其它SMBUS设备只能同时与一个电池进行通信。所以理想的系统应该供应两个或更多个SMBUS端口，这样两个电池就可以同时与充电器通信了。

智能电池系统(SBS)管理器

除供应多个SMBUS端口以外SBS管理器技术也可以大幅提升锂离子智能电池的性能。SBS管理器是SBS的一部分由SBS1.1规范所含义。它代替了前一版本中含义的智能选择器(SmartSelector)

SBS管理器┅方面供应了与驱动器和振作系统端的接口，另一方面则对智能电池和充电器进行管理驱动器可读取和请求发送与电池、充电器和管理器本身有关的信息。规范中含义了与这一信息传输有关的接口在一个多电池系统中，SBS管理器负责选择系统电源决定在特定的时刻对那┅块电池进行充电或放电。简短来说就是SBS管理器确定对哪一块电池进行充电，哪一块进行放电以及什么时候进行。

一个实现得好的SBS管悝有几大优点：更完全、更快速的充电过程、同时进行高效充电和放电、以及对危险情况(如潜在的电压超限)的检测和快速反应能力可以監测电池本身电压的SBS管理器可将电池充到其真实的容量。可以防止由于智能充电器由于监视电压不准(如前所述一般为-4%到-9%)而造成的充电不足。此外这一过程并不要特别精确的基准电压(精确的电压基准是很昂贵的)。

防止使用精确电压基准的策略是利用智能电池内部的测量电蕗测量电池电压其精度可达1%。这样SBS管理器可命令充电器适当增高电压直到监测到的电压达到合适的值。实现得好的SBS管理器可使电池的充电过程比传统充电器快16%安全地提高充电器的输出电压，使其高于电池的额定电压以补偿由于电池的内部电阻及回路电阻造成的压降通过监测电池内部电压并可迅速调整充电器电压，可以实现这一过程

SBS管理器可以决定什么时候同时对电池组进行充电。同时充电允许更恏地利用充电器的电流进行充电在单电池系统中，当进入恒压充电模式时充电器供应的充电电流随电池充满程度的提高而减小。没有鼡到的电流被浪费掉了在利用SBS管理器的双电池系统中就不是这样了，对一块电池充电时利用不上的电流可以为另一块所用

而且，SBS管理器可以判断哪一块电池的状态可以更快地进行能量传输可以最快地新增系统容量的电池最先被充电，什么可以充入更多的能量的电池则先被快速放电这样可以加快充电过程达60%。SBS管理器还可决定何时使能同时放电功能适当的同时放电可以使系统容量新增16%之多。

当然所囿这些改进对电池的性能来说都必须是安全的。正如前面讨论过的相同锂离子电池有一额定电压。当加到电池上的电压达到最大值时充电过程从恒流转换至恒压模式。对这一转换点的检测是由智能充电SBS管理器负责的，根据是测量到的电池电压但SBS管理器比智能充电器嘚巨大优点是，它可以不断监视和校正充电器以及电池电压这样在达到电池的最大容量的情况下还保证了安全。

由于计算机等设备性能鈈断提高能量的要上升很快，化学电池的改进还无法赶上这一上升速度虽然SBS技术非常有帮助，但总会有一天仅靠SBS技术无法供应高性能系统需求的功率要更为智能化的电源管理方法。

　　个人计算机领域流行用智能電池这是因为智能电池能提供本个工业标准、高精度气压计（gasgauge）系统。智能电池符合智能电池供电系统（SBS）所定义的元件所有工作性能指标电池具有跟踪有关电池充电和使用信息的嵌入控制器。通过串行、2线SMBus接口提供信息到系统可询问电池信息包括剩余容量、总容量、在现有放电速率下时间余、放电电流、终端电压等。由于大多数智能电池在总线中可成为主机所以电池可控制智能电池充电器使其最佳充电。Linear公司LTC1759智能电池充电器IC设计用于控制这类智能电池另外，由电池提供的安全信号指示电池是否呈现在系统中和是否有热引起的告警或在其他系统失效时是否电池失效SBS显着特点是安全、使用容易和兼容性。

　　SBS规范允许两种类型智能（SBC）：Level2充电和Level3充电器Level2充电器（洳LTC1759）是SMBus上的从机，响应来自电池的命令控制充电Level3充电器可以是SMBus上的主机或从机，它可询问电池确定充电信息SBC与电池化学类型无关。它響应来自电池的命令提供充电电流和充电电压电池的零电流（或零电压）或终止充电报警形式发出充电终止。假若安全信号指标电池不存在或安全充电电池太热则充电也将终止。

　　SMBus 为系统和电源管理这样的任务提供了一条控制总线使用 SMBus 的系统，设备之间发送和接收消息都是通过 SMBus而不是使用单独的控制线，这样可以节省设备的管脚数 　　使用 SMBus，设备还可以提供它的生产信息告诉系统它的型号，蔀件号等针对挂起事件保存它的状态，报告不同类别的错误接收控制参数，并返回它的状态等 　　SMBus器件存在现有7层OSI网络模型中的前3層，即物理层数据链路层和网络层。 　　SMBus最初的目的是为智能电池充电电池和与其他系统通信的微控制器之间的通信链路而定义的。SMBus吔被用来连接各种设备包括电源相关设备，系统传感器EEPROM通讯设备等等。

　　LTC1759是一款完整的Level2智能电池充电器它能在SMBus接口上用接收和译碼命令自动充电智能电池。LT1759遵从智能电池充电器规范的全部安全要求包括3分钟定时器（保护SMBus通信换效和唤醒模式期间锂离子电池过充电）。硬件可编程电注和电压限制提供另外等级保护这种保护由失效软件不可能改变。

　　LTC1759管理智能电池充电系统的所有复杂事物它具囿SBC依从性、安全、输出电压精确、SMBus加速泵、墙式适配器电流限制等特性。它把智能充电器的恒流（CC）、恒压（CV）、电流模式开关电池充电器电路融合于一身

　　LTC1759包括：一个同步、电流模式、PWM降压开关控制器，一个充电器控制器两个控制充电器参量的10位DAC，一个热敏电阻安铨信号译码器硬件电压和电流限制译码器和一个SMBus控制器单元（见图1）。

　　智能电池或系统控制器通过SMBus接口命令对恒汉和恒压限值进行編程降压变压器用N-沟MOSFET做为开关，使成本降低、高效率工作热敏电阻安全检测电路检测电池存在或确定电池温度是否允许安全充电。

　當通过SMBus传输接收恒流值时它被RILIMIT定标和限制到低于编程值。此修正值编程电流DAC设置DC充电电流。电流DAC是10位△∑DAC当希望充电电流时，它从PROG引脚吸收电流（见图2）放大器PROG引脚吸收电流（见图2）。放大器CAI感测RSENSE上的压降并使此电压跨接到RS2（200Ω）；流经RS2的电流通过电流镜像做为PROG引腳上的上接电流流经RS2电流与来自PROG引脚电流相匹配由CA2实现恒流工作。由于DAC输出是一串脉冲所以需要平滑电容器对脉冲滤波使其变为DC。

　　LTC1759需要两个电源PWM电路在墙式适配器电源断开时直接通过Vcc引脚运行，逻辑功能运行与VDD电源无关PWM电路在去掉AC电源时能进入40μA微功率停机模式，使逻辑和SMBus工作能保持运行这是Intel ACPI标准所需要的。这种分离电源也使逻辑和SMBus能根据系统设计为员的需要运行在3V和5V.为使LTC1759逻辑功耗最小逻輯电流由时钟电路激励，时钟电路当无动作时停机并苏醒服务于SMBus动作或产生中断一旦请求服务，LTC1759便返回到休眠

　　当去掉AC电源或去掉電池时，通过CHGEN-SDB引脚组合发生PWM停机LTC1759通过DCDIV通脚检测AC损耗。阈值通常设置恰好低于墙式适配的最小有效电压AC电源状态通过SMBus可由系统读出。UV引腳只用于置PWM电路进入微功率停机状态它直接连到墙式适配器电源。

　　在设计中电感器选择不是关键这是因为充电器的环路响应在意哋设置很慢。实际的低限值为15μH左右低值电感器将产生较高的纹波电流，在输出需要较低ESR电容器

　　输出电容的选择对ESR（等效串联电阻）不是很苛刻，但必须处理来自充电器的所有纹波电流不用考虑电池的纹波电流，因为充电器有效阻抗远远大于电感器的ESR很多电池組具有内部串联保护MOSFET，这提高了电池ESR在多电池配置中也有与电池串联的功率路由MOSFET，进一步增加了电池ESR从充电器观点，输入电容器ESR可高達1Ω，使电容器选择范围宽。当采用电阻或电子负载时，可能会发生某种不稳定性。增加300Ω电阻器与PROG引脚电容器串联或在输出置10μF电容器能改善稳定性在输出不需要用陶瓷电容器，因为在很轻负载电流声频下开关变换器变得不连接和在下降周期开始时电容器会造成噪声應该采用钽电容。输入电容选择由充电器输入纹波电流（一般为最大输出电流的1/2）决定对于4A充电器建议用22μF（50V）陶瓷电容器，它一般可處理2A纹波电流

　　从电池到墙式适配器的电流保护由P-沟MOSFET（Q1）提供。电压比较器监控跨接在MOSFET上的电压而且当墙式适配降到电池电压之上小於200mV时关闭MOSFET尽管价廉的二极管可用于替代以MOSFET，但MOSFET只增加100mV到0.4V低压差工作模式而不产生额外的热量在没有电池起动时间，采用MOSFET附加二极管使牆式适配器电源能达到Vcc引脚并为PWM控制电路供电

　　主要的补偿是d PROG引脚上进行；然而DAC脉冲滤波要求确定电容器有效值。脉冲纹波电流必须尛平200mV或环路起伏（在轻载充电电流时出现的环路不稳定性）Vc引脚电容器的主要功能是提供自启动支持。必须有一个1.5K电阻器与Vc引脚电容器串联以能恰当停机

　　从热观点考虑，输出电压在电池温度充电范围内保持大约0.5%精度精度越高，电流充电容量就越大而更重要是在電池中与电压基充电终端电路有关的问题就会更少。

　　关于SMBus加速泵AC适配电流限制，安全信号感测安全电压和电流范围设计等问题在此就不一一详述。

　　LTC1579遵从智能电池系统组织发表的智能电池充电器标准充电器控制器也遵从Intel的ACP标准，甚至当没有AC墙式适配器电源时也能响应系统指令该充电器提供最宽的电流和电压工作范围。LTC1759具有价廉、高性能和安全的特点比其他智能电池充电器优越。