随着技术的进步，数据中心逐渐转向48v系统，因为它比传统的12v系统更加节能。48v服务器机架在很多方面都更出色，例如散热、尺寸和成本。
基于ADI的BBU设计方案,本文介绍什么是BBU、BBU模块硬件设计以及BBU模块操作逻辑，希望可以帮到大家更好的理解电池备份单元BBU
关于什么是BBU,请看下面帖子：
什么是BBU电池备份单元？
1. BBU模块硬件设计
BBU模块里有个叫BMS的系统，它管理电池充放电、保护电池、传递控制信号和与其他设备通信。同时，BMS确保电池组里的每个电池电压都很稳定，差异不超过±1%（也就是0.1V）。
每个BBU模块里都有两个微控制器。一个是主微控制器，另一个是BMS微控制器。在ADI的设计中，主微控制器是MAX32690，它负责6个核心任务。而BMS微控制器是MAX32625，它与ADBMS6948芯片沟通，并传递所有测量数据给主微控制器。
图1. 展示了主微控制器的工作流程
这6个核心任务包括：
- 通过I2C协议与其他设备通信和管理内部事务。
- 根据背板电压数据决定放电的顺序。
- 管理电池在恒流和恒压两种模式下的充电。
- 确保BBU模块在充放电状态之间的平稳过渡。
- 处理可能出现的故障并作出响应。
- 作为Modbus的跟随者，响应Modbus的命令。
这样，BBU模块就能高效地管理电池，确保数据中心的稳定运行。
1.1主微控制器的外围芯片
主微控制器是一个大管家，它用I2C这种语言和各种辅助设备沟通。这些外围芯片包括：
BMS 微控制器（ MAX32625） ：主微控制器和BMS微控制器经常沟通，每四分钟交流一次。这是为了了解电池的状态，比如电压、充电程度、健康状况、温度和是否有故障。如果发现有故障，BMS微控制器会立即告诉主微控制器。为了方便它们之间的沟通，主微控制器有一个专门的I2C端口与BMS微控制器连接。
LTC2971（电源管理IC） ：主微控制器与LTC2971通过PMBUS协议交流，检查电压、电流和温度等参数。当测量背板输出电压时，LTC2971会快速反馈，帮助主微控制器调整其程序。此外，它还可以确保输出电压在合适的范围内。
MAX31760（风扇控制器） ：MAX31760控制BBU模块的风扇速度。风扇的转速由微控制器通过脉宽调制来调节。主微控制器会根据温度和负载电流来计算并调整所需的风扇转速。
24AA512TT（EEPROM/数据存储） ：EEPROM作为BBU模块的外部存储设备，存储重要信息，如电池电压、充电状态、电池类型和主板温度等。这些信息每小时更新一次，方便在需要时进行查看。
LTC2991（数字板载温度监测仪） ：LTC2991监测模块内部的温度。它确保电池模块的工作温度不会过高，从而保护电源板和电池堆的安全。如果温度过高，主微控制器会调整风扇转速来降低温度。
2．BBU模块操作逻辑
2.1 电池的充电模式处理
当电池电量极低时，主微控制器会让电流最大达到5A来为电池快速充电。当电池进入稳定状态，电流会降到2A，直到每个电池的电压都达到4V。这时，主微控制器会切换到恒压模式，限制充电电流为0.5A。同时，它会持续监控电池的电压，并与BMS微控制器沟通，确保所有电池都充满电。
图2. 恒流恒压充电算法
2.2 电源变换器的充/放电切换
在电源中断时，BBU需要从待机模式转为电池供电模式。主微控制器会密切注意背板电压。如果电压在2ms内降到48.5V以下，它会立即让LT8228从充电模式转为放电模式，持续4分钟应对停电。如果电源还没恢复，模块会等待一分钟让电池冷却，再进入放电模式。电源恢复后，模块会切换回主电源并开始为电池充电。
图3. 充/放电模块过渡搬运操作
2.3 故障处理与响应
有计划的故障处理很重要。主微控制器会尽量减少误报。它的固件程序会检查可能的小问题，并在确认问题持续存在后，才会认为是真正的故障。这样，只有真实的故障才会被识别和处理，确保系统的稳定运行。
2.4 响应Modbus命令
Modbus功能码在Modbus网络中非常关键，它们决定了设备之间如何发送请求或响应，比如读取或写入数据。常用的功能码包括查看模块状态、运行情况、寄存器地址和是否有故障。
主微控制器全权负责处理这些Modbus命令。它支持所有必要的命令，这些都是OCP规范所要求的。这些命令可以更改模块设置或提供关于电池的重要信息，比如电池的充电状态、健康状况、电压水平和充放电电流等。一旦主微控制器验证了这些信息，它就会根据命令进行响应。
主微控制器使用ADM2561和ADM3061这两个收发器器件，通过UART协议处理和传输来自各种外设的数据到机箱微控制器，使用这种隔离式收发器的优点是它不受系统级的电磁干扰，并且符合OCP的电磁兼容性(EMC)标准。另外，机箱与PC之间的通信是通过ADM2561完成的，它通过一个DB9连接器和一个RJ45互联网端口与主机PC连接。
图4. 模块到机箱的通信和机箱到PC机的通信框图
总结：
总的来说，BBU模块是数据中心电源系统的重要组成部分，为系统提供了冗余功能，确保了数据的完整性和安全性。通过精心设计的微控制器和电池管理系统，BBU模块能够在各种工作模式下高效、可靠地运行，为数据中心提供稳定、可靠的电源支持。