Системы с шиной SMBus

Синхронизация

Данные 0100001000

Рис. 6.2. Структурная схема Smart-батареи с шиной SMBus

SMBus — наиболее совершенная из всех систем, поскольку является стандартом для портативных электронных устройств и использует единый стандартный протокол обмена данными. SMBus представляет собой 2-проводной интерфейс, посредством которого простые микросхемы системы электропитания могут обмениваться данными с системой. По одному проводу передаются данные, по другому — сигналы синхронизации (рис. 6.2). Основу этой шины составляет архитектура шины I²С. Разрабо-

танная фирмой Philips, шина I²С представляет собой синхронную многоточечную систему двунаправленного обмена данными, работающую при частоте синхронизации 100 кГц.

Системная архитектура разумных батарей, используемая в настоящее время, была стандартизована компаниями Dura-cell/Intel еще в 1993 г. До этого производители портативных компьютеров разрабатывали собственные разумные батареи. На основе новой спецификации был создан универсальный интерфейс, что к тому же позволило обойти некоторые препятствия, связанные с патентованной интеллектуальной собственностью.

Назло принятому стандарту многие крупные производители компьютеров, такие, как IBM, Compaq, Toshiba, продолжили выпуск аккумуляторных батарей собственного производства. Они мотивировали свое решение тем, что не могут гарантировать безопасности и качества батарей сторонних производителей. Этими компаниями были разработаны собственные форм-факторы аккумуляторных батарей с целью эффективного использования определенного для батареи объема, снижения веса и габаритов производимых ноутбуков. В результате отсутствия конкуренции в этой нише рынка оригинальные батареи продаются по завышенным ценам.

Первые образцы аккумуляторных батарей с SMBus имели проблемы: электронные схемы не обеспечивали обработки информации с достаточной точностью, не обеспечивалось отображение как значения тока, так и значений напряжения и температуры в режиме реального времени. Существовало и множество других существенных проблем. В результате практически все технические решения, касающиеся реализации разумной батареи на основе SMBus, были пересмотрены.

Смысл новых решений заключался в том, чтобы переложить функции управления процессом заряда с зарядного устройства на аккумуляторную батарею. Теперь уже не зарядное устройство, а сама батарея с системой на основе SMBus задавала алгоритм своего заряда. Таким образом, обеспечивались совместимость зарядных устройств с батареями различных типов, правильная установка значений тока и алгоритма заряда, точное отключение батареи в момент окончания заряда. И, что немаловажно, пользователю стало ненужным знать, какого типа батареей он пользуется, — все эти заботы она брала на себя, а его функции сводились только к тому, чтобы своевременно ее заряжать.

120

«Разумные» батареи

121

Рассмотрим, что же такое разумная батарея изнутри. Батарея с системой SMBus имеет микросхему, в которой запрограммированы постоянные и временные данные. Постоянные данные программируют на заводе-изготовителе, и они включают идентификационный номер батареи, данные о ее типе, заводской номер, наименование производителя и дату выпуска. Временные данные — это те данные, которые периодически обновляются. К ним относятся количество циклов заряда, пользовательские данные и эксплуатационные требования.

SMBus делится на три уровня. Уровень 1 (Level 1) в настоящее время не используется, т. к. не обеспечивает заряд различных по типу батарей. Уровень 2 (Level 2) предназначен для внутрисхемного заряда. Пример этого — батарея ноутбука, которая заряжается, будучи установленной. Уровень 3 (Level 3) зарезервирован для применения в многофункциональных внешних зарядных устройствах. Большинство внешних зарядных устройств построено на основе SMBus Level 3. К сожалению, из-за сложности такие зарядные устройства получаются дорогими.

Среди различных типов разумных батарей наиболее популярны батареи форм-факторов 35 и 202 (рис. 6.3), выпускаемые такими компаниями, как Sony, Hitachi, Golden Peak Batteries (GP), Moltech (бывшая компания Energizer), Moli Energy и многими другими.

Аккумуляторные батареи с SMBus имеют и недостатки. Даже самые простые из них примерно на 25 % дороже обычных бата-

рей. Несмотря на то, что разумные батареи были предназначены для того, чтобы упростить конструкцию зарядных устройств, зарядные устройства уровня 3 стоят намного дороже зарядных устройств для обычных батарей.

Имеется и еще одна проблема — необходимость калибровки. Дело в том, что в процессе эксплуатации батарея может работать при различных токах нагрузки, и ее разряд может быть неполным. При этом часто происходит так, что она «запоминает» текущее состояние емкости, которое не соответствует реальному значению. Поэтому периодически следует «переучивать» батарею, для того чтобы она при определении алгоритма заряда учитывала свою реальную емкость. Делается это путем выполнения цикла полного разряда с последующим полным зарядом. Периодичность такой операции — примерно один раз в три месяца или через каждые 40 циклов заряд/разряд. Такой же цикл следует провести и после длительного хранения батареи, перед ее вводом в эксплуатацию.

Недостатком является и проблема несовместимости: более поздние и более совершенные версии SMBus несовместимы с более ранними версиями.