使用锂聚合物电池运行的主板随机重启

使用锂聚合物电池运行的主板随机重启


 我正在使用微星 Z87I AC主板配备英特尔酷睿 i7 4770T(2.5Ghz 8MB 4C 8T)处理器、2GB DDR3 RAM 和 32GB SSD。此设置用于我的自主水下航行器。电源装置是一个微型picoPSU-150. 该板采用两个 8000 mAh、30C、锂聚合物电池并联供电,通常充电至 11.5V 左右。

主板正在随机重启。主板运行 Ubuntu 14.04,并有一个守护进程持续运行,该守护进程使用 OpenCV(开源计算机视觉库)来处理来自两个网络摄像头的水下馈送。

我观察到在不同时刻重启的情况 -

1) 守护进程启动时,或
2) 守护进程已启动并访问网络摄像头,或
3) 守护进程正常运行,然后进行一些额外活动(如用户通过 SSH 进入或执行其他应用程序),或
4) Linux 内核开始加载时,紧接着 grub 屏幕

几天后,我第一次启动系统时,它可以正常工作 2-3 个小时,然后重新启动。在这几个小时里,我多次打开和关闭守护进程,一切都保持正常。然后,重新启动频率慢慢地不断增加。最后,我每次都看到主板在上述第 1 点或第 4 点不断重新启动。

没有过热问题。可能是电源有问题吗?或者是电压或功率问题?电池使用范围为 10.5V - 11.5V。处理器的最大 TDP 为 45W。电源额定功率为 150W,锂聚合物电池可以轻松提供所需电流。

答案1

3 芯锂聚合物电池充满电时电压应接近 12.6V,10.5V 几乎完全耗尽。如果您的系统充电后可持续使用 2~3 小时,则平均电流消耗必须小于 8A(16Ah/2 小时)或 0.5C,因此电压在整个放电过程中应保持在 11.0V 以上。

如果电池电压下降到 10.5V,则说明您已将其耗尽至放电曲线的“拐点”。此时,电流需求的任何增加都会导致电压急剧下降。下图中的黑线显示了 1C 放电时的典型电压曲线。在 0.5C 时,该线会略高一些,但末端的拐点更陡峭。

负载下的初始电压应高于 12V。如果不是,则应检查以确保充电器已将电池充满电。当将电池从充电器上取下时,“静止”或无负载电压应略低于 12.6V。

我怀疑你只是需要更多的容量来获得你想要的运行时间。但是要确保你可以用数据记录器记录电流和电压,并查看重启是否与低电压时间相对应。通过计算使用的 Ah,你还可以确定所需的电池容量(应该至少比你预期使用的容量多 20%)。

在此处输入图片描述

答案2

通常,在 PC 主板上,12V 输入不直接由逻辑(无论何种类型)使用。过去有一些用途,例如 RS232 端口,或者音频放大器可能可以使用 12V 线路……而且 HW 监视器(SuperIO 芯片的一部分)可能有一个用于 12V 导轨的 ADC 输入。除此之外,强大的 12V 输入导轨如今主要用于为各种降压转换器的初级侧供电:CPU VRM(降压到大约 1.2 伏特),另一个用于 RAM 的 VRM(2.5、1.8,也许 1.5 伏特)和其他几个这样的低压导轨,无论不同的芯片可能需要什么。这些降压转换器使用 PWM 控制器和 FET,其规格远高于 12 V,也许 20 到 40 V 可能是一些标称值。如今,这些位置通常使用的电容器是 16V 固体聚合物(过去是 25V“湿”电容器)。降压转换器具有稳定的输出,并且实际上可以接受相当广泛的输入范围。从技术上讲,10 到 15 V 应该没有问题。

一些主板可能在 BIOS 中包含 POST 检查,它会查看导轨电压(通过硬件监控芯片),如果某些电压(或温度!)超出允许范围,可能会拒绝启动 - 但这种“功能”非常罕见。

除了 12 V 之外,ATX PC 主板通常需要精确的 (5%) 5V 和 3.3V 电源输入 - 尽管如今 5V 仅用于接口逻辑,而不是实际为某些芯片核心供电... 3.3 伏实际上可用于为某些芯片供电 (NIC、SuperIO、BIOS Flash 等) - 但除非您添加一些耗电大的 PCI 卡,否则功耗通常非常小。在现代 Haswell 主板上,5V 和 3.3V 电源组合可能远低于 10 W(可能低于 5 W)。磁盘驱动器也在这个范围内(或更低)。

这正是 PicoPSU 所追求的。它包含一些非常高效的降压转换器,用于 5V 和 3.3V 电源轨。我见过 PicoPSU-160-XT,我感到惊讶 - 两个降压通道具有同步整流输出,效率远超 90%... 如果您需要提供 10-20 W 的输出功率,只需计算降压开关会耗散多少热量。它们几乎不会变热。“12V 直通”分支是使用 RdsON 仅为几毫欧的 P 通道 FET 实现的。这也不会让人感到费力。我更关心的是所用连接器中的寄生串联电阻(对于工业用途,一些坚固的接线端子对我更有吸引力)。

不过回到正题(在介绍完架构之后)。PicoPSU(-160-XT) 包含一个专用芯片,用于生成其“电源良好”输出(似乎还有一个内部健全状态信号)。这个“电源健全看门狗”芯片名为 TPS3510,由 TI 制造。它通过 VDD 输入监控 3.3V、5V(通过每个轨道的专用输入引脚监控过压/欠压)和 12V,VDD 输入也用于为芯片供电。12V 输入名义上只检查过压,但 12V 欠压检查也可以(并且已经!)使用 PGI 引脚实现。PicoPSU 手册规定 PSU 的“电源良好”输出(通过 ATX 连接器的主板输入)在 10.5 V 和 13.5 V 之间有效。这可以解释为什么主板会在低于约 10.5V 时“重置”自身。查看 TPS3510 数据表,此 PicoPSU 规格可能带有相当大的公差“范围” - 上限实际上可能远超过 14 V,具体取决于外部二极管,而下限取决于外部电阻分压器的精度(并且 TPS3510 芯片本身在两个阈值上都有相当大的规格公差)。

这有两个重要含义:

1)电源良好信号可能是主板复位的线索,低于或高于某些电压阈值[编辑]:实际上是PicoPSU关闭输出(包括 12V)当检测到欠压时,它才会恢复,并且只有当输入恢复到允许范围时才会恢复,并增加短暂的延迟(看起来大约半秒)。在实验室中观察到。因此主板不会执行重置,它实际上会执行正确的电源循环。

2) 如果您对小信号电子学了解足够多,并且您不在乎 PicoPSU 保修,您可以尝试对 TPS3510 周围的外部无源网络进行修改(VDD 和 PGI 输入),以将限制移动到您喜欢的位置。这似乎是一个电阻器用于下限(PGI)和一个电阻器用于上限(通过二极管施加到 VDD 的 12V 导轨以及可能串联的附加电阻器)的问题。

显然,您超出了 12V 电源轨的 ATX 规格。保修无效,您只能靠自己了。但它也可能正常工作 :-) 如果以接近标称电压运行 Elyt 和陶瓷电容,它们往往会老化得更快,但另一方面,固态聚合物非常好,而陶瓷的电压往往会被理智的主板设计师高估 2 倍,因此比标称 12 电压高几伏不会有什么坏处。

PicoPSU 似乎是一个相当不错的产品,但考虑到 BOM 和复杂性,与同等价位的 PS/2 PSU 或主板相比,它的价格可能会稍微便宜一些 :-)

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