一文搞定便攜式鋰電池包快速充電設計
發布時間:2017-04-24 責任編輯:susan
【導讀】隨(sui)著(zhe)便(bian)攜(xie)式(shi)產(chan)品(pin)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan),各(ge)種(zhong)電(dian)池(chi)的(de)用(yong)量(liang)大(da)增(zeng),貝(bei)能(neng)國(guo)際(ji)有(you)限(xian)公(gong)司(si)推(tui)出(chu)便(bian)攜(xie)式(shi)鋰(li)電(dian)池(chi)包(bao)充(chong)電(dian)管(guan)理(li)快(kuai)速(su)充(chong)電(dian)參(can)考(kao)設(she)計(ji)。本(ben)參(can)考(kao)設(she)計(ji)采(cai)用(yong)Microchip公司的MCP19118作控製芯片,Infineon的第5代OptiMOS作功率轉換,對便攜式鋰電池包進行快速大電流充電管理,外圍器件少,電轉換效率高,紋波電流小,保護功能完善。
控製芯片MCP19118為具有同步驅動器的數字增強型功率模擬控製器,集成了模擬PWM控製器和8位MCU,既有模擬器件的快速動態響應,也可以靈活的實現充電曲線及各種功能。第5代OptiMOS的Rdson更小,寄生電容更小,寄生二極管的Trr也更小,更適用於高頻PWM的功率轉換電路,對整體性能的提升有較大的幫助。
原理框圖:

原理圖:

實物圖:

功能:
對多節串聯鋰電池進行大電流充電管理
待機時,可以提供輸出電壓,電池包可以判斷是否合適的充電器
插上電池,不會產生衝擊電流,充電器自動檢測電池,並自動啟動充電
可以實現多種保護功能,如輸入電壓欠壓過壓保護、輸出過流保護、溫度保護等
電氣參數:
輸入電壓:32Vdc
負載:6串鋰電池組
恒壓充電壓:26.1V(6S,每節4.35V)
恒流充電流:10A max
預充電壓:18V;預充電流:1A;停充電流:0.5A
輸出電流紋波:<200mA@IOUT = 10A
開關頻率:300KHz
效率:>97% max
目標應用:
電池快速充電
器件型號:
MCP19118 *1
MCP6072 *1
MIC5233*1
BSC032N04LS *2
BSC030P03NS3 *1
芯片介紹
MCP19118具有集成同步驅動器的數字增強型功率模擬控製器,集成了模擬PWM控製器和8位 MCU。

模擬PWM控製器特點:
輸入電壓範圍: 4.5~ 40V
開關頻率: 100 kHz~1.6 MHz
靜態電流: 5 mA
高端驅動:+5V,1A/2A灌電流,1A/2A吸電流
低端驅動:+5V,2A灌電流,4A吸電流
峰值電流模式控製
輸出差分采樣
多輸出係統:主/從,頻率同步
參數可配置
熱關斷
8位 MCU特點:
精密8MHz內部振蕩器
4096字片上程序存儲器
256字節RAM
11個I/O引腳和一個隻輸入引腳
外部8通道10bit精度的AD轉換
2個8bit定時器和1個16bit定時器
I2C通訊接口
封裝:24-pin 4 mm x 4 mm QFN
工作情況
1、效率曲線圖

2、電感電流波形及驅動波形
注:功率電感電流波形及高低端MOS管驅動波形。其中:①黃色:高端驅動波形;④綠色:低端驅動波形;③紫色:電感電流
1) 啟動時的小電流時的波形,低端驅動在電感電流接近0時關閉。

2) 4A時的波形。高端驅動在占空比>50%時,由於有斜波補償,可以很好的工作;低端驅動在電感電流接近0時關閉。右圖為展開圖。

3) 7A時的波形。高端驅動在占空比>50%時,由於有斜波補償,可以很好的工作;低端驅動基本與高端驅動互補,除了死區時間。右圖為展開圖。

4) 10A時的波形。高端驅動在占空比>50%時,由於有斜波補償,可以很好的工作;低端驅動基本與高端驅動互補,除了死區時間。右圖為展開圖。

3、輸出電流波形
注:4A/7A/10A時的輸出電流波形。其中:①黃色:高端驅動波形;④綠色:低端驅動波形;③紫色:輸出電流
1)4A時的波形

2)7A時的波形

3)10A時的波形

輸出電流在4A/7A/10A的情況下,輸出紋波電流都很小。
4、熱成像
注:輸出電流10A,30分鍾,無風,室溫,無其他輔助散熱。
Q1(高端MOS):94.1℃;Q3(低端MOS):88.8℃;Q2(輸出開關MOS):72.5℃;L1(功率電感):89.4℃;U2(控製芯片):88.5℃

結論
鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)以(yi)其(qi)特(te)有(you)的(de)性(xing)能(neng)優(you)勢(shi)已(yi)在(zai)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)便(bian)攜(xie)設(she)備(bei)中(zhong)得(de)以(yi)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong),可(ke)以(yi)預(yu)見(jian),未(wei)來(lai)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)設(she)計(ji),將(jiang)以(yi)更(geng)快(kuai)速(su)的(de)充(chong)電(dian)速(su)率(lv)及(ji)更(geng)強(qiang)健(jian)的(de)係(xi)統(tong)保(bao)護(hu)能(neng)力(li)拓(tuo)寬(kuan)更(geng)多(duo)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。
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