搞定便攜式鋰電池包快速充電設(shè)計(jì)
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?chē)?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：10A max
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: 100 kHz~1.6 MHz
靜態(tài)電流: 5 mA
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-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(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。
下載文檔
