鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：889次 | 2019年11月07日
搞定便攜式鋰電池包快速充電設(shè)計(jì)
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，如輸入電壓欠壓過壓保護(hù)、輸出過流保護(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：
?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，無風(fēng)，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(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)勢已在越來越多的便攜設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用，可以預(yù)見，未來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。
