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搞定便攜式鋰電池包快速充電設(shè)計(jì)

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2019年11月07日  

綜述


隨著便攜式產(chǎn)品的迅速發(fā)展,各種電池的用量大增,貝能國(guó)際有限公司推出便攜式鋰電池包充電管理快速充電參考設(shè)計(jì)。本參考設(shè)計(jì)采用Microchip公司的MCp19118作控制芯片,Infineon的第5代OptiMOS作功率轉(zhuǎn)換,對(duì)便攜式鋰電池包進(jìn)行快速大電流充電管理,外圍器件少,電轉(zhuǎn)換效率高,紋波電流小,保護(hù)功能完善。


控制芯片MCp19118為具有同步驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字增強(qiáng)型功率模擬控制器,集成了模擬pWM控制器和8位MCU,既有模擬器件的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng),也可以靈活的實(shí)現(xiàn)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,更適用于高頻pWM的功率轉(zhuǎn)換電路,對(duì)整體性能的提升有較大的幫助。


原理框圖:


原理圖:


實(shí)物圖:


功能:


?對(duì)多節(jié)串聯(lián)鋰電池進(jìn)行大電流充電管理


?待機(jī)時(shí),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(huì)產(chǎn)生沖擊電流,充電器自動(dòng)檢測(cè)電池,并自動(dòng)啟動(dòng)充電


?可以實(shí)現(xiàn)多種保護(hù)功能,如輸入電壓欠壓過(guò)壓保護(hù)、輸出過(guò)流保護(hù)、溫度保護(hù)等


電氣參數(shù):


?輸入電壓:32Vdc


?負(fù)載:6串鋰電池組


?恒壓充電壓:26.1V(6S,每節(jié)4.35V)


?恒流充電流:10Amax


?預(yù)充電壓:18V;預(yù)充電流:1A;停充電流:0.5A


?輸出電流紋波:<200mA@IOUT=10A


?開(kāi)關(guān)頻率:300KHz


?效率:>97%max


目標(biāo)應(yīng)用:


?電池快速充電


器件型號(hào):


?MCp19118*1


?MCp6072*1


?MIC5233*1


?BSC032N04LS*2


?BSC030p03NS3*1


芯片介紹


MCp19118具有集成同步驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字增強(qiáng)型功率模擬控制器,集成了模擬pWM控制器和8位MCU。


模擬pWM控制器特點(diǎn):


?輸入電壓范圍:4.5~40V


?開(kāi)關(guān)頻率:100kHz~1.6MHz


?靜態(tài)電流:5mA


?高端驅(qū)動(dòng):+5V,1A/2A灌電流,1A/2A吸電流


?低端驅(qū)動(dòng):+5V,2A灌電流,4A吸電流


?峰值電流模式控制


?輸出差分采樣


?多輸出系統(tǒng):主/從,頻率同步


?參數(shù)可配置


?熱關(guān)斷


?


8位MCU特點(diǎn):


?精密8MHz內(nèi)部振蕩器


?4096字片上程序存儲(chǔ)器


?256字節(jié)RAM


?11個(gè)I/O引腳和一個(gè)只輸入引腳


?外部8通道10bit精度的AD轉(zhuǎn)換


?2個(gè)8bit定時(shí)器和1個(gè)16bit定時(shí)器


?I2C通訊接口


?封裝:24-pin4mmx4mmQFN


工作情況


1、效率曲線圖


2、電感電流波形及驅(qū)動(dòng)波形


注:功率電感電流波形及高低端MOS管驅(qū)動(dòng)波形。其中:①黃色:高端驅(qū)動(dòng)波形;④綠色:低端驅(qū)動(dòng)波形;③紫色:電感電流


1)啟動(dòng)時(shí)的小電流時(shí)的波形,低端驅(qū)動(dòng)在電感電流接近0時(shí)關(guān)閉。


2)4A時(shí)的波形。高端驅(qū)動(dòng)在占空比>50%時(shí),由于有斜波補(bǔ)償,可以很好的工作;低端驅(qū)動(dòng)在電感電流接近0時(shí)關(guān)閉。右圖為展開(kāi)圖。


3)7A時(shí)的波形。高端驅(qū)動(dòng)在占空比>50%時(shí),由于有斜波補(bǔ)償,可以很好的工作;低端驅(qū)動(dòng)基本與高端驅(qū)動(dòng)互補(bǔ),除了死區(qū)時(shí)間。右圖為展開(kāi)圖。


4)10A時(shí)的波形。高端驅(qū)動(dòng)在占空比>50%時(shí),由于有斜波補(bǔ)償,可以很好的工作;低端驅(qū)動(dòng)基本與高端驅(qū)動(dòng)互補(bǔ),除了死區(qū)時(shí)間。右圖為展開(kāi)圖。


3、輸出電流波形


注:4A/7A/10A時(shí)的輸出電流波形。其中:①黃色:高端驅(qū)動(dòng)波形;④綠色:低端驅(qū)動(dòng)波形;③紫色:輸出電流


1)4A時(shí)的波形


2)7A時(shí)的波形


3)10A時(shí)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分鐘,無(wú)風(fēng),室溫,無(wú)其他輔助散熱。


Q1(高端MOS):94.1℃;Q3(低端MOS):88.8℃;Q2(輸出開(kāi)關(guān)MOS):72.5℃;L1(功率電感):89.4℃;U2(控制芯片):88.5℃


結(jié)論


鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢(shì)已在越來(lái)越多的便攜設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用,可以預(yù)見(jiàn),未來(lái)鋰離子電池充電器設(shè)計(jì),將以更快速的充電速率及更強(qiáng)健的系統(tǒng)保護(hù)能力拓寬更多應(yīng)用領(lǐng)域。


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