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30 分钟

使用BQ25887和STM32G431RB实现电池单元平衡的和谐性能

设计更安全的电池解决方案

Balancer 5 Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Balancer 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

集成电池平衡功能的便携式电源完美伴侣!

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Balancer 5 Click 基于德州仪器的 BQ25887,这是一款完全集成的 2 节锂离子电池充电器,非常适合带有电池平衡的便携式应用。BQ25887 优化了两个电池的充电和平衡。通过 USB 接口输入电压范围可高达 5.5V,电池可充电至 3.3A。当输入电压超过 OVP(过压保护)阈值时,它将关闭充电 MOSFET 以避免芯片过热。除了体积小,外部组件数量少,这款 IC 适用于各种应用。由于锂离子电池在充电时需要非常精确的电流和电压,Balancer 5 Click 是一个完美的解决方案。Balancer 5 Click 配备了高度集成的锂离子电池充电器,支持智能、恒流恒压 (CCCV) 充

电,并具备温度调节功能,适用于充电 2 节锂离子电池。此 Click 通过 I2C 接口进行充电电流控制,确保完美高效的充电。Balancer 5 Click 可以作为许多应用中的电源和分配系统的一部分:手持设备、便携式媒体播放器、便携式音频播放器和其他通用电池供电的电子设备。Click 板左侧是输入 USB 接口,可应用高达 5.5V 的外部电压。右侧两个连接器保留用于锂离子电池,右侧连接器用于第一电池,左侧连接器用于第二电池。当连接到电源时,绿色的 CHARGE LED 将指示电源连接状态,LOW 指示充电进行中,HIGH 指示充电完成或已禁用。当发生任何故障

时,STAT 引脚以 1Hz 的频率闪烁。设置 STAT_DIS 位时可以关闭 STAT 功能。右侧是用于连接负温度系数 (NTC) 电阻的 1x2 公头。连接负温度系数热敏电阻并通过从 REGN 到 TS 到 GND 的分压电阻编程温度窗口。当 TS 引脚超出范围时,充电暂停。推荐使用 103AT-2 热敏电阻。该 Click board™ 只能在 5V 逻辑电压水平下运行。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。然而,该 Click board™ 配备了一个库,包含功能和示例代码,可作为进一步开发的参考。

Balancer 5 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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

锂聚合物电池是那些既要求可靠、持久电源,又强调移动性的设备的理想解决方案。其与 mikromedia 板的兼容性确保了无需额外修改即可轻松集成。3.7V 的电压输出符合许多电子设备的标准要求。此外,2000mAh 的容量能够存储大量能量,提供长时间的持续电力。这一特性减少了频繁充电或更换的需要。总的来说,锂聚合物电池是一种可靠且独立的电源,非常适合需要稳定和持久能源解决方案的设备。您可以在我们的产品中找到更多种类的锂聚合物电池。

Balancer 5 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Power Good Indicator
PA15
AN
Power Source Selection
PC12
RST
Chip Disable
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

Balancer 5 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro 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 Compiler Selection Step Image 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

此库包含 Balancer 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • balancer5_charge - 该功能设置充电状态

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 
 * \brief Balancer5 Click example
 * 
 * # Description
 * This example demonstrates basic Balancer 5 Click functionalities.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes Click and Driver, Checks Device ID, starts charging,
 * reads charge status registers and configures ADC.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads ADC values from registers and logs it.
 * 
 * ## Additional function
 * void charger_status_1_handler ( uint8_t cs1_data );
 * void charger_status_2_handler ( uint8_t cs2_data );
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "balancer5.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static balancer5_t balancer5;
static log_t logger;

static uint8_t temp_data;
static uint16_t temp_uint_data;
static float temp_float_data;

// ------------------------------------------------------- ADDITIONAL FUNCTIONS

void charger_status_1_handler ( uint8_t cs1_data )
{
    uint8_t charge = 0;

    log_printf( &logger, "* CHARGER STATUS 1 :\r\n" );
    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_IINDPM_IN_REGULATION ) == BALANCER5_CS1_IINDPM_IN_REGULATION )
    {
        log_printf( &logger, "    - IINDPM_IN_REGULATION" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "    - IINDPM_NORMAL" );
    }

    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_VINDPM_IN_REGULATION ) == BALANCER5_CS1_VINDPM_IN_REGULATION )
    {
        log_printf( &logger, "    - VINDPM_IN_REGULATION" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "    - VINDPM_NORMAL" );
    }

    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_IC_IN_THERMAL_REGULATION ) == BALANCER5_CS1_IC_IN_THERMAL_REGULATION )
    {
        log_printf( &logger, "    - IC_IN_THERMAL_REGULATION" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "    - IC_NORMAL" );
    }

    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_WD_TIMER_EXPIRED ) == BALANCER5_CS1_WD_TIMER_EXPIRED )
    {
        log_printf( &logger, "    - WD_TIMER_EXPIRED" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "    - WD_NORMAL" );
    }

    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_TRICKLE_CHARGE ) == BALANCER5_CS1_TRICKLE_CHARGE )
    {
        charge++;
        log_printf( &logger, "    - TRICKLE_CHARGE" );
    }
    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_PRE_CHARGE ) == BALANCER5_CS1_PRE_CHARGE )
    {
        charge++;
        log_printf( &logger, "    - PRE_CHARGE" );
    }
    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_FAST_CHARGE ) == BALANCER5_CS1_FAST_CHARGE )
    {
        charge++;
        log_printf( &logger, "    - FAST_CHARGE" );
    }
    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_TAPER_CHARGE ) == BALANCER5_CS1_TAPER_CHARGE )
    {
        charge++;
        log_printf( &logger, "    - TAPER_CHARGE" );
    }
    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_TOP_OFF_TIMER_CHARGE ) == BALANCER5_CS1_TOP_OFF_TIMER_CHARGE )
    {
        charge++;
        log_printf( &logger, "    - TOP_OFF_TIMER_CHARG" );
    }
    if ( ( cs1_data & BALANCER5_CS1_CHARGE_TERMINATION ) == BALANCER5_CS1_CHARGE_TERMINATION )
    {
        charge++;
        log_printf( &logger, "    - CHARGE_TERMINATION" );
    }
    if ( charge == 0 )
    {
        log_printf( &logger, "    - NOT_CHARGING" );
    }
}

void charger_status_2_handler ( uint8_t cs2_data )
{
    uint8_t power_in = 0;

    log_printf( &logger, "\r\n* CHARGER STATUS 2 :\r\n" );

    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_MAX_INPUT ) == BALANCER5_CS2_MAX_INPUT )
    {
        log_printf( &logger, "    - MAX_INPUT" );
    }
    else if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_ICO_OPTIMIZATION_IN_PROGRESS ) == BALANCER5_CS2_ICO_OPTIMIZATION_IN_PROGRESS )
    {
        log_printf( &logger, "    - ICO_OPTIMIZATION_IN_PROGRESS" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "    - ICO_DISABLED" );
    }

    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_POWER_GOOD ) == BALANCER5_CS2_POWER_GOOD )
    {
        log_printf( &logger, "    - POWER_GOOD" );
    }
    else
    {
        log_printf( &logger, "    - POWER_NOT_GOOD" );
    }

    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_NON_STANDARD_ADAPTER ) == BALANCER5_CS2_NON_STANDARD_ADAPTER )
    {
        power_in++;
        log_printf( &logger, "    - NON_STANDARD_ADAPTER" );
    }
    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_UNKNOWN_ADAPTER ) == BALANCER5_CS2_UNKNOWN_ADAPTER )
    {
        power_in++;
        log_printf( &logger, "    - UNKNOWN_ADAPTER" );
    }
    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_POORSRC ) == BALANCER5_CS2_POORSRC )
    {
        power_in++;
        log_printf( &logger, "    - POORSRC" );
    }
    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_ADAPTER ) == BALANCER5_CS2_ADAPTER )
    {
        power_in++;
        log_printf( &logger, "    - ADAPTER" );
    }
    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_USB_CDP ) == BALANCER5_CS2_USB_CDP )
    {
        power_in++;
        log_printf( &logger, "    - CS2_USB_CDP" );
    }
    if ( ( cs2_data & BALANCER5_CS2_USB_HOST_SDP ) == BALANCER5_CS2_USB_HOST_SDP )
    {
        power_in++;
        log_printf( &logger, "    - USB_HOST_SDP" );
    }
    if ( power_in == 0 )
    {
        log_printf( &logger, "    - NO_INPUT" );
    }
}

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    balancer5_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    balancer5_cfg_setup( &cfg );
    BALANCER5_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    balancer5_init( &balancer5, &cfg );

    //  Device ID sanity check

    temp_data = balancer5_check_id( &balancer5 );

    if ( temp_data == BALANCER5_ERROR_ID )
    {
        log_info( &logger, "ID ERROR!!!" );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, "***** ID OK *****" );

    //  Switch charger on

    balancer5_charge( &balancer5, BALANCER5_CHARGE_ON );

    //  Send configuration info to logger

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_CHARGER_STATUS_1 );
    charger_status_1_handler( temp_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_CHARGER_STATUS_2 );
    charger_status_2_handler( temp_data );

    //  Set default configuration

    balancer5_default_cfg ( &balancer5 );
   
}

void application_task ( void )
{
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_IBUS_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_IBUS_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    log_printf( &logger, "- IBUS: %umA\r\n", temp_uint_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_ICHG_ADC1 ); 
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_ICHG_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    log_printf( &logger, "- ICHG: %umA\r\n", temp_uint_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VBAT_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VBAT_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    log_printf( &logger, "- VBAT: %umV\r\n", temp_uint_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VBUS_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VBUS_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    log_printf( &logger, "- VBUS: %umV\r\n", temp_uint_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VCELLTOP_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VCELLTOP_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    log_printf( &logger, "- VCELLTOP: %umV\r\n", temp_uint_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VCELLBOT_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_VCELLBOT_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    log_printf( &logger, "- VCELLBOT: %umV\r\n", temp_uint_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_TS_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_TS_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    temp_float_data = temp_uint_data;
    temp_float_data *= 0.098;
    log_printf( &logger, "- TS: %.2f%%\r\n", temp_float_data );

    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_TDIE_ADC1 );
    temp_uint_data = temp_data;
    temp_uint_data <<= 8;
    temp_data = balancer5_read_data( &balancer5, BALANCER5_REG_TDIE_ADC0 );
    temp_uint_data |= temp_data;
    temp_float_data = temp_uint_data;
    temp_float_data *= 0.5;
    log_printf( &logger, "- TDIE: %.2f degC\r\n", temp_float_data );
    log_printf( &logger, "____________________\r\n" );
    
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
}

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;
}


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

额外支持

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