摘要

　　開放計算項目（OCP）是一個非營利組織，專注于推動各企業在數據中心產品設計及最佳實踐方面加強交流。近日，該組織發布了開放機架第三版（ORV3）規范。規范中比較顯著的變化在于設計架構從12 V遷移到了48 V。本系列文章重點介紹ADI公司的備用電池單元（BBU）參考設計，分為五部分，這是第二部分。“實現不間斷能源的智能備用電池第一部分：電氣和機械設計”討論了BBU的電氣和機械設計考慮因素。第二部分將深入介紹微控制器的軟件，該軟件主要負責確保進程平穩運行，從而為BBU的高效率和容量提供保障。硬件和軟件必須順暢協作，才能實現滿足規范要求的系統級解決方案。

　　簡介

　　在BBU模塊中實施優良的管理至關重要，這能帶來諸多顯著的好處。保持電路井然有序的主要優勢在于，可以增強和提升安全性，從而降低模塊發生電氣火災和其他危險的風險。此外，優良的管理方式可以防止發生可能干擾正常運行的電氣故障，從而提高電路性能，延長使用壽命。定期監控和整理電路以識別和解決可能出現的問題或故障至關重要。將良好的管理方式放在優先位置，可以確保電路具有優異安全性和性能，此方法簡單而有效，不容小覷。每個BBU模塊均采用一個微控制器和一個電池管理系統(BMS)微控制器。在ADI公司的參考設計中，超低功耗Arm^?微控制器MAX32690充當微控制器，負責執行六個重要進程（見圖1）。MAX32625微控制器充當參考設計的BMS微控制器。BMS微控制器負責與ADBMS6948芯片通信，并將所有測量數據傳遞給微控制器。

　　微控制器的六個進程如下：

　　▲執行管理任務和通過I²C協議與各種外設進行通信。

　　▲處理由背板電壓數據提供的放電序列。

　　▲選擇恒流模式或恒壓模式處理電池的充電工作。

　　▲轉變BBU模塊的充放電狀態。

　　▲故障處理和響應。

　　▲作為Modbus從機響應Modbus命令。

　　圖1.主控制器的管理操作周期1

　　微控制器進程：

　　執行管理任務和通過I²C與各種外設通信

　　在眾多輔助器件連接到模塊電路的情況下，微控制器用作I2C主器件。核心微控制器收集并保存來自輔助器件的數據，同時充當I2C主器件。為了推進各種任務順利進行，微控制器還負責控制各種I2C輔助器件。多款I2C輔助器件示例如下：

　　▲BMS微控制器采用MAX32625。

　　▲LTC2971，雙通道電源系統管理器。

　　▲MAX31760，精密風扇速度控制器。

　　▲24AA512T/EEPROM，用作數據存儲器，可檢索和存儲重要數據。

　　▲LTC2991，溫度傳感器。

　　BMS微控制器（MAX32625）

　　微控制器定期與BMS微控制器（MAX32625）通信，接收有關各個電池包的電芯電壓、充電狀態（SOC）、健康狀態（SOH）、電芯溫度以及電池包可能出現的任何故障的更新信息。更新每四分鐘進行一次，因為電芯電壓、SOC、SOH和溫度預計不會快速變化。如果發生任何故障，兩個微控制器之間的共享引腳將置為高電平，并觸發微控制器上的中斷，進而立即讀取BMS微控制器，獲取有關故障的信息。微控制器中有專用I²C端口，僅用于與BMS微控制器通信，以支持兩個微控制器之間快速通信。

　　LTC2971（電源管理IC）

　　微控制器時常通過電源管理總線（PMBUS）協議與LTC2971通信，檢查電壓、電流和溫度測量結果以及有無警告和故障。當測量背板輸出電壓參數時，LTC2971起到快速反饋作用，以便微控制器調整其例程。此外，該器件會調整電源變換器的反饋電壓，并允許其將輸出電壓下調1%，從而確保放電工作模式下輸出電壓處于調節范圍內。

　　MAX31760（風扇控制器）

　　MAX31760負責調節BBU模塊的風扇速度。脈沖寬度調制的占空比由微控制器配置，以通過I²C調節風扇的速度。微控制器根據溫度以及背板負載電流或電池包負載電流，計算并調整所需的風扇速度。

　　24AA512TT（EEPROM/數據存儲）

　　板載EEPROM充當整個BBU模塊的外部存儲器件。微控制器通過I²C寫入閃存頁，定期將電池電壓水平、SOC、SOH、電芯類型和型號年份以及電路板溫度等重要信息保存到EEPROM中。該數據每小時更新一次，用戶可以在維護和故障排除期間訪問。

　　LTC2991（數字板載溫度監測）

　　LTC2991是一款八通道電壓、電流和溫度傳感器。該器件借助放置在電池模組內部重要位置的各種數字傳感器，監測電池模塊的溫度。根據溫度讀數，微控制器可以調節風扇速度，確保電源板和電池堆的工作溫度保持在適當水平，并且始終低于40℃。

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