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使用ADP5350和STM32F103RB设计高级电源管理解决方案

终极电池管理

BATT-MAN 3 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

BATT-MAN 3 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

简化能源消耗,提高电池安全性,并改善整体系统效率。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

BATT-MAN 3 Click基于ADP5350,这是由Analog Devices提供的先进电池管理PMIC,具有感应升压LED和三个LDO稳压器。它结合了一个高性能降压稳压器用于单锂离子/锂离子聚合物电池充电(也可以在左侧标记为BUCK的端口上使用)、一个燃料计量器、一个高度可编程的升压稳压器用于LED背光照明、一个超低静态电流的低压差(LDO)稳压器以及两个通用LDO稳压器。此外,它支持优化的USB 5V输入的USB连接。ADP5350在涓流充电模式和恒流(CC)/恒压(CV)快速充电模式下工作。它还具有一个内部场效应晶体管(FET),允许在系统电源侧隔离电池。ADP5350燃料计量器是一种低电流消耗的解决方案,适用于可充电锂离子电池供电的设备。其升压稳压器以1.5MHz的开关频率工作。它可以用作恒压稳压器或VOUT4端子的多个LED背光驱动

器的补充恒流稳压器。该LED驱动器可以支持各种LED背光配置,可以并联或串联多个LED,连接在右上方的板载端口上。此Click board™还具有升压稳压器的反馈感应,可以通过将标记为MODE SEL的SMD跳线置于标记为STAL和LED的适当位置来选择独立或LED工作模式。用户还可以通过安装或移除R11和R9两个跳线来激活或停用板子的升压和LED部分。BATT-MAN 3 Click使用标准I2C两线接口与MCU通信,以读取数据和配置设置,最大频率为400kHz。此外,它使用多个GPIO引脚,其中一个是中断引脚,连接到mikroBUS™插座的INT引脚,用作“故障”指示器,当发生故障时立即通知主机。ADP5350顶部端子标记为VOUT1至VOUT3的低压差(LDO)稳压器优化为在低关闭电流和静态电流下运行,以延长电池寿命。该设备是一个可以打开或关闭的负载开关。I2C接口使所

有参数的可编程性,包括操作监控和安全控制的状态位回读。此Click board™使用两个LED指示灯,标记为PGOOD和BATT OK,分别用作电源良好和充电状态指示器,以及板子左上方保留的用于锂离子/锂离子聚合物电池的连接器。PGOOD指示良好的输入电源,而BATT OK显示电池电压的实时状态。它还具有通过连接到板载端子标记为NTC的内部或外部热敏电阻进行的电池组温度感应功能。当电池组温度超过规定范围时,这种感应将阻止充电。可以通过将标记为TMP SEL的SMD跳线置于标记为EXT和INT的适当位置来选择热敏电阻。此Click board™只能在5V逻辑电压水平下运行。因此,在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,此Click board™配备了包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

BATT-MAN 3 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Battery Status
PC12
RST
Power-Good Indicator
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

BATT-MAN 3 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Clicker 4 for STM32F4 HA MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 BATT-MAN 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • battman3_get_battery_voltage - 读取电池电压水平

  • battman3_set_ldo_vout - 设置LDO的电压输出

  • battman3_set_charge_termination_voltage - 设置充电终止电压

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief BATT-MAN3 Click example
 *
 * # Description
 * This example showcases ability of device to charge battery,
 * and outputs and supply 4 different devices with 3 LDO's and
 * 1 boost channel.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of the communication modules(UART, I2C) and 3 additional
 * input pins(power good, battery ok, and interrupt). Configures device
 * to enable charging, battery voltage monitoring, sets charging termination
 * to 3.7V, charging threshold to 3.1V and dead battery to 2.5V. Enables all
 * 3 LDO's( channel 1 -> 3.3V, channel 2 -> 1.5V, and channel 3 -> 2.5V ). 
 *
 * ## Application Task
 * Reads battery voltage level and logs it. Besides that reads status and logs
 * every change on charging and battery status. If power good flag occurs(PGD 
 * pin goes low) disables LDO's, and reenables them when battery is full(when 
 * battery reaches charging termination voltage).
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "battman3.h"

/**
 * @brief BATT-MAN 3 Click LOG delay.
 * @details Macro that specifies delay between logs of battery voltage.
 */
#define LOG_THRESHOLD_1SEC 10
#define LOG_THRESHOLD_3SEC 30
#define LOG_THRESHOLD_5SEC 50

static battman3_t battman3;
static log_t logger;

/**
 * @brief Parse charge status.
 * @details This function reads charge status 1 and 2 
 * and logs @b CHAGER_STATUS and @b BATTERY_STATUS on change.
 * @return Nothing.
 */
static void battman3_charge_status ( void );

/**
 * @brief Enable/Disable all 3 LDO's.
 * @details This function sets state of all 3 LDO's.
 * @param[in] enable : Enable/Disable.
 * @return Nothing.
 */
static void battman3_ldo( uint8_t enable );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    battman3_cfg_t battman3_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    battman3_cfg_setup( &battman3_cfg );
    BATTMAN3_MAP_MIKROBUS( battman3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == battman3_init( &battman3, &battman3_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BATTMAN3_ERROR == battman3_default_cfg ( &battman3 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    uint8_t temp_data = 0;
    
    battman3_reg_read( &battman3, BATTMAN3_REG_MANUFACTURE_AND_MODEL_ID, &temp_data );
    log_printf( &logger, " > ID: 0x%.2X\r\n", ( uint16_t )temp_data );
    battman3_reg_read( &battman3, BATTMAN3_REG_SILICON_REVSION, &temp_data );
    log_printf( &logger, " > REV: 0x%.2X\r\n", ( uint16_t )temp_data );
    
    //Charging voltage termination
    battman3_set_charge_termination_voltage( &battman3, 3.7 );
    //Charging voltage threshold
    battman3_set_charge_voltage_threshold( &battman3, BATTMAN3_VTRK_DEAD_2p5V, 3.1 );
    //LDO 1
    battman3_set_ldo_state( &battman3, BATTMAN3_LDO1, BATTMAN3_ENABLE );
    battman3_set_ldo_vout( &battman3, BATTMAN3_LDO1, BATTMAN3_LDO_3p30V );
    //LDO 2
    battman3_set_ldo_state( &battman3, BATTMAN3_LDO2, BATTMAN3_ENABLE );
    battman3_set_ldo_vout( &battman3, BATTMAN3_LDO2, BATTMAN3_LDO_1p50V );
    //LDO 3
    battman3_set_ldo_state( &battman3, BATTMAN3_LDO3, BATTMAN3_ENABLE );
    battman3_set_ldo_vout( &battman3, BATTMAN3_LDO3, BATTMAN3_LDO_2p50V );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 500 );
}

void application_task ( void ) 
{
    static uint8_t counter = 0;
    static uint8_t ldo_enable = 1;
    float vbat = 0; 
    
    if ( !battman3_get_power_good( &battman3 ) && ldo_enable )
    {
        battman3_ldo( BATTMAN3_DISABLE );
        log_printf( &logger, " > Power is not good - LDO disabled\r\n" );
        ldo_enable = 0;
    }
    else if ( battman3_get_power_good( &battman3 ) && !ldo_enable )
    {
        battman3_ldo( BATTMAN3_ENABLE );
        log_printf( &logger, " > Power is good - LDO enabled\r\n" );
        ldo_enable = 1;
    }
    
    battman3_charge_status( );
    
    if ( counter >= LOG_THRESHOLD_3SEC )
    {
        counter = 0;
        battman3_get_battery_voltage( &battman3, &vbat );
        log_printf( &logger, " > Battery voltage: %.2f\r\n", vbat );  
        log_printf( &logger, "****************************************************\r\n" );
    }
    counter++;
    Delay_ms ( 100 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

static void battman3_charge_status ( void )
{
    static uint8_t charge_status1 = 0;
    static uint8_t charge_status2 = 0;
    uint8_t temp_data = 0;
    battman3_reg_read( &battman3, BATTMAN3_REG_CHARGER_STATUS1, &temp_data );
    temp_data &= 0x7;
    if ( charge_status1 != temp_data )
    {
        charge_status1 = temp_data;
        switch ( charge_status1 )
        {
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_OFF:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: off\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_TRICLE_CHARGE:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: tricle charge\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_FAST_CHARGE_CC:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: fast charge(CC mode)\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_FAST_CHARGE_CV:
            {
                battman3_ldo( BATTMAN3_ENABLE );/*< Battery is full reenable LDO's*/
                log_printf( &logger, " > Charge status: fast charge(CV mode)\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_CHARGE_COMPLETE:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: charge complete\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_SUSPEND:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: suspend\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_TIMER_EXPIRED:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: ticle, fast or safety charge timer expired\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS1_BATTERY_DETECTION:
            {
                log_printf( &logger, " > Charge status: battery detection\r\n" );
                break;
            }
            default:
            {
                log_error( &logger, " Status." );
                break;
            }
        }
    }
    battman3_reg_read( &battman3, BATTMAN3_REG_CHARGER_STATUS2, &temp_data );
    temp_data &= 0x07;
    if ( charge_status2 != temp_data )
    {
        charge_status2 = temp_data;
        switch ( charge_status2 )
        {
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS2_BATTERY_MONITOR_OFF:
            {
                log_printf( &logger, " > Battery monitor off\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS2_NO_BATTERY:
            {
                log_printf( &logger, " > No battery\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS2_VBSNS_LESSTHEN_VTRK:
            {
                log_printf( &logger, " > Battery voltage less then trickle threshold\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS2_VBSNS_MIDDLE_VRK_VWEAK:
            {
                log_printf( &logger, " > Battery voltage in middle between tricle and weak threshold\r\n" );
                break;
            }
            case BATTMAN3_CHARGE_STATUS2_VBSNS_MORETHEN_VWEAK:
            {
                log_printf( &logger, " > Battery voltage more then weak threshold\r\n" );
                break;
            }
            default:
            {
                log_error( &logger, " Status." );
                break;
            }
        }
    }
}

static void battman3_ldo( uint8_t enable )
{
    battman3_set_ldo_state( &battman3, BATTMAN3_LDO1, enable );
    battman3_set_ldo_state( &battman3, BATTMAN3_LDO2, enable );
    battman3_set_ldo_state( &battman3, BATTMAN3_LDO3, enable );
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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