Diferencias del sistema de carga de baterías de iones de litio

En la actualidad, el problema del suministro de energía para dispositivos portátiles plantea muchos desafíos a los diseñadores de sistemas. El uso de baterías como principal fuente de energía se está volviendo cada vez más popular. Por lo tanto, los diseñadores de sistemas deben diseñar sistemas altamente sofisticados para aprovechar al máximo el potencial de las baterías. Cada aplicación es diferente, pero una cosa es la misma: el objetivo de aprovechar al máximo la capacidad de una batería está directamente relacionado con cómo cargar correctamente una batería recargable. Para diseñar un sistema de carga de batería adecuado y confiable, es necesario tener un conocimiento profundo de las características de carga de la batería y los requisitos de la aplicación. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas, y la aplicación y los requisitos específicos son los factores clave para decidir qué método es el más adecuado.

Los sistemas de carga a menudo reciben poca atención en el diseño, especialmente en aplicaciones sensibles a los costos. Sin embargo, la calidad del sistema de carga es fundamental para la duración y la fiabilidad de la batería. En este documento, se discute el principio básico de la carga de baterías de iones de litio, y se discuten en detalle la solución de carga lineal y la solución de conmutación basada en un solo chip. El controlador de gestión de carga lineal de Microchip MCP73843 y MCP73861, el PIC16F684 de un solo chip y el modulador de ancho de pulso (PWM) MCP1630 se toman como ejemplos para la discusión.

Carga de iones de litio

La tasa de carga o descarga generalmente se expresa en términos de la capacidad de la batería. Esta velocidad se llama velocidad C. La tasa C es igual a la corriente de carga o descarga en condiciones específicas, que se define de la siguiente manera:

Yo = M x Cn

Entre ellos:

I = corriente de carga o descarga, A

M es igual a un múltiplo o fracción de C

C = valor de la capacidad nominal, Ah

N = horas (para C).

Una batería que se descarga a una velocidad de 1 C liberará su capacidad nominal en una hora. Por ejemplo, si la capacidad nominal es 1000 mAh, entonces la tasa de descarga de 1C corresponde a la corriente de descarga de 1000 mA, y la tasa de C / 10 corresponde a la corriente de descarga de 100 mA.

Normalmente, la capacidad estándar de la batería del fabricante se refiere a la capacidad cuando n = 5, es decir, 5 horas de descarga. Por ejemplo, la batería anterior puede proporcionar 5 horas de tiempo de trabajo a una corriente constante de 200 mA. En teoría, la batería podría proporcionar una hora de trabajo con una descarga de corriente constante de 1000 mA. Sin embargo, de hecho, el tiempo de funcionamiento será inferior a 1 hora debido a la reducción de la eficiencia cuando se descarga la batería grande.

Entonces, ¿cómo se carga correctamente una batería de iones de litio? El proceso de carga más adecuado de la batería de iones de litio se puede dividir en cuatro etapas: carga lenta, carga de corriente constante, carga de voltaje constante y terminación de la carga.

Método de terminación de carga

No hay duda de que la sobrecarga siempre ha sido una preocupación importante para las baterías de iones de litio. El método de terminación de carga preciso es muy importante para un sistema de carga seguro y confiable.

Supervisión de la temperatura de la batería

En general, el rango de temperatura en la batería de iones de litio debe estar entre 0 ℃ y 45 ℃. Cargar la batería fuera de este rango puede hacer que se sobrecaliente. Durante el ciclo de carga, el aumento de presión dentro de la batería también hace que la batería se hinche. La temperatura está directamente relacionada con la presión. A medida que aumenta la temperatura, también lo hace la presión, lo que puede provocar daños mecánicos o fugas de material dentro de la batería y, en casos graves, explosiones. Cargar una batería fuera de este rango de temperatura también puede afectar su rendimiento o acortar su vida útil.

Por lo general, los termistores se utilizan en los paquetes de baterías de iones de litio para medir con precisión la temperatura de la batería. El cargador detecta el valor de resistencia del termistor. Cuando el valor de resistencia excede el rango de trabajo especificado, es decir, la temperatura excede el rango especificado, la carga está prohibida.

Corriente de descarga de la batería o corriente de fuga inversa

En muchas aplicaciones, el sistema de carga todavía está conectado a la batería incluso si la energía de entrada no existe. El sistema de carga debe garantizar que la potencia de entrada no exista cuando la corriente extraída de la batería sea muy pequeña. Las corrientes de fuga máximas deben ser inferiores a unos pocos microamperios, normalmente menos de un microamperio.

Carga de iones de litio: un ejemplo de aplicación

Se puede desarrollar un sistema de gestión de carga adecuado considerando plenamente las consideraciones anteriores.

Solución lineal

Las soluciones de carga lineal se utilizan generalmente cuando hay una fuente de alimentación de entrada bien regulada. Las ventajas de las soluciones lineales en tales aplicaciones incluyen facilidad de uso, tamaño pequeño y bajo costo. Debido a la baja eficiencia de la solución de carga lineal, el factor más importante que afecta el diseño es el diseño de disipación de calor. El diseño de disipación de calor es la resistencia térmica entre el voltaje de entrada, la corriente de carga y el transistor de transferencia y el aire de refrigeración ambiental. El peor de los casos es cuando el dispositivo pasa de una carga lenta a una carga constante, en cuyo caso el transistor de transferencia debe emitir la cantidad máxima de energía térmica y debe sopesarse con la corriente de carga, el tamaño del sistema, el costo y los requisitos de enfriamiento.

Por ejemplo, una sola batería de iones de litio de 1000 mAh debe cargarse a una corriente constante de 0.5co 1C utilizando una fuente de alimentación de entrada de 5 V al 5%. La Figura 3 muestra cómo se puede usar el MCP73843 de Microchip para formar una solución independiente de bajo costo que requiere solo una cantidad muy pequeña de componentes externos para implementar el algoritmo de carga requerido. MCP73843 combina perfectamente carga de corriente constante de alta precisión, regulación de voltaje de voltaje constante y terminación de carga automática y otras funciones.

Para reducir aún más el tamaño, el costo y la complejidad de la solución lineal, se pueden integrar muchos componentes externos en el controlador de gestión de carga. El empaquetado avanzado proporciona una mayor integración a expensas de la flexibilidad. Este tipo de embalaje requiere equipos de producción avanzados y, en muchos casos, evita el reprocesamiento. La detección de corriente de carga, el transistor de transferencia y la protección contra descarga inversa suelen estar integradas. Además, este tipo de controlador de gestión de carga puede lograr una determinada función de regulación térmica. La función de regulación térmica puede limitar la corriente de carga de acuerdo con la temperatura del núcleo del dispositivo, para optimizar el tiempo del ciclo de carga al tiempo que garantiza la confiabilidad del dispositivo. La función de regulación térmica reduce en gran medida la carga de trabajo del diseño de disipación de calor.

La solución lineal integrada total basada en MicrochipMCP73861 se muestra en la figura 4. MCP73861 contiene todas las funciones de MCP73843, incluyendo detección de corriente, transistor de transmisión, protección contra descarga inversa y monitoreo de temperatura de la batería.

El ciclo de carga completo de MCP73843 a tasas de carga de corriente constante de 1C y 0.5c se muestra en la figura 5. Cargando a una tasa de 0.5c en lugar de 1C, la carga termina aproximadamente una hora más tarde. En el proceso de carga rápida, la corriente de terminación de carga se reducirá en proporción a la corriente de carga. El resultado es un aumento del 36% en el tiempo de carga con un aumento del 2% en la capacidad de la batería y una reducción en la pérdida de energía. La corriente de terminación de carga cae de 0.07C a 0.035C, lo que aumenta la capacidad final de la batería de ~ 98% a ~ 100%. El diseñador del sistema debe sopesar el tiempo de carga, la pérdida de energía y la capacidad disponible de la batería.

Cambiar la solución de carga

Las soluciones de carga conmutada se utilizan generalmente para aplicaciones con amplias fluctuaciones de voltaje de entrada o grandes diferencias de voltaje de entrada / salida. En tales aplicaciones, las ventajas de las soluciones de conmutación se reflejan en la mejora de la eficiencia, mientras que las desventajas son un sistema complejo, un tamaño relativamente grande y un costo elevado. Por ejemplo, las aplicaciones necesitan usar el adaptador para automóvil con una corriente constante de 0.5 C o 1 C en una batería de iones de litio de una sola sección de 2200 mah, porque los problemas como la disipación de calor, la implementación de la solución lineal es muy difícil, por supuesto, también se puede usar para Admite una solución lineal de regulación térmica, pero debido a una menor corriente de carga, el ciclo de carga extendido es inaceptable.

El primer paso en el diseño exitoso de una solución de carga conmutada es seleccionar la configuración de diseño: reductor, elevador, litro / reductor, flyback, inductancia primaria de terminal único (SEPIC) u otra forma. Dependiendo de los requisitos de entrada y salida y la experiencia, puede reducir rápidamente la selección a dos estructuras para esta aplicación: el reductor o el SEPIC. La ventaja del convertidor reductor es que solo se requiere un inductor, mientras que la desventaja es que se requieren diodos adicionales para la protección de descarga inversa, el accionamiento de la puerta de gama alta y la detección de corriente, y la corriente de entrada de pulso (que puede causar EMI). Las ventajas de la topología SEPIC son el accionamiento de puerta baja y la detección de corriente, la corriente de entrada continua y el aislamiento de CC entre la entrada y la salida. Las principales desventajas son la necesidad de dos inductores y un condensador de transmisión de energía.

MCP1630 es un modulador de ancho de pulso (PWM) de alta velocidad que se puede utilizar con un microordenador de un solo chip. Con un microordenador de un solo chip, el MCP1630 puede controlar el ciclo de trabajo del sistema de suministro de energía y proporcionar voltaje o corriente de salida estable. El MCU PIC16F684 se puede utilizar para el voltaje de salida o la estabilidad de la corriente, así como la frecuencia de conmutación y el ajuste de la relación de trabajo máxima. MCP1630 produce un ciclo de trabajo y proporciona una rápida protección contra sobrecorriente basada en diferentes entradas externas. Las señales externas incluyen oscilador de entrada, voltaje de referencia, voltaje de retroalimentación y detección de corriente. La señal de salida es un pulso de onda cuadrada. El cargador UTILIZA la estructura de energía de SEPIC. SCM proporciona una gran flexibilidad de diseño. Además, la MCU puede comunicarse con el monitor de batería (PS700 de Microchip) en el paquete de batería, reduciendo así en gran medida el tiempo del ciclo de carga.

El ciclo de carga completo de la solución de carga conmutada se muestra en la figura 6. Al utilizar un monitor de batería en el sistema de carga, el ciclo de carga se puede acortar considerablemente y ya no será necesario que el monitor de batería detecte el voltaje en ambos extremos de el circuito de protección de la batería y la resistencia de contacto de la corriente de carga.

conclusión

En los productos portátiles actuales, la implementación correcta de la carga de la batería requiere una cuidadosa consideración del diseño. Este documento analiza las soluciones de carga lineal y conmutada para baterías de iones de litio. Los principios rectores y las consideraciones de diseño que se analizan en este documento son en realidad lo que deben tener en cuenta todos los diseños de sistemas de carga de baterías.

Introducción a la

En la actualidad, el problema del suministro de energía para dispositivos portátiles plantea muchos desafíos a los diseñadores de sistemas. El uso de baterías como principal fuente de energía se está volviendo cada vez más popular. Por lo tanto, los diseñadores de sistemas deben diseñar sistemas altamente sofisticados para aprovechar al máximo el potencial de las baterías. Cada aplicación es diferente, pero una cosa es la misma: el objetivo de aprovechar al máximo la capacidad de una batería está directamente relacionado con cómo cargar correctamente una batería recargable. Para diseñar un sistema de carga de batería adecuado y confiable, es necesario tener un conocimiento profundo de las características de carga de la batería y los requisitos de la aplicación. Cada método tiene sus propias ventajas y desventajas, y la aplicación y los requisitos específicos son los factores clave para decidir qué método es el más adecuado.

Los sistemas de carga a menudo reciben poca atención en el diseño, especialmente en aplicaciones sensibles a los costos. Sin embargo, la calidad del sistema de carga es fundamental para la duración y la fiabilidad de la batería. En este documento, se discute el principio básico de la carga de baterías de iones de litio, y se discuten en detalle la solución de carga lineal y la solución de conmutación basada en un solo chip. El controlador de gestión de carga lineal de Microchip MCP73843 y MCP73861, el PIC16F684 de un solo chip y el modulador de ancho de pulso (PWM) MCP1630 se toman como ejemplos para la discusión.

Carga de iones de litio

La tasa de carga o descarga generalmente se expresa en términos de la capacidad de la batería. Esta velocidad se llama velocidad C. La tasa C es igual a la corriente de carga o descarga en condiciones específicas, que se define de la siguiente manera:

Yo = M x Cn

Entre ellos:

I = corriente de carga o descarga, A

M es igual a un múltiplo o fracción de C

C = valor de la capacidad nominal, Ah

N = horas (para C).

Una batería que se descarga a una velocidad de 1 C liberará su capacidad nominal en una hora. Por ejemplo, si la capacidad nominal es 1000 mAh, entonces la tasa de descarga de 1C corresponde a la corriente de descarga de 1000 mA, y la tasa de C / 10 corresponde a la corriente de descarga de 100 mA.

Normalmente, la capacidad estándar de la batería del fabricante se refiere a la capacidad cuando n = 5, es decir, 5 horas de descarga. Por ejemplo, la batería anterior puede proporcionar 5 horas de tiempo de trabajo a una corriente constante de 200 mA. En teoría, la batería podría proporcionar una hora de trabajo con una descarga de corriente constante de 1000 mA. Sin embargo, de hecho, el tiempo de funcionamiento será inferior a 1 hora debido a la reducción de la eficiencia cuando se descarga la batería grande.

Entonces, ¿cómo se carga correctamente una batería de iones de litio? El proceso de carga más adecuado de la batería de iones de litio se puede dividir en cuatro etapas: carga lenta, carga de corriente constante, carga de voltaje constante y terminación de la carga.

Etapa 1: carga lenta: la carga lenta se utiliza para precargar la unidad de batería completamente descargada (carga de recuperación). Cuando el voltaje de la batería es inferior a aproximadamente 3 V, se utiliza una corriente constante de hasta 0,1 c para cargar la batería.

Etapa 2: carga de corriente constante: cuando el voltaje de la batería aumenta por encima del umbral de carga lenta, la corriente de carga aumenta para la carga de corriente constante. La corriente de carga de corriente constante está entre 0,2c y 1,0c. No se requiere que la corriente de carga de corriente constante sea muy precisa, la corriente cuasi constante también puede serlo. En los diseños de cargadores lineales, la corriente a menudo aumenta con el voltaje de la batería para minimizar la disipación de calor en el transistor de transferencia.

La carga de corriente constante superior a 1C no acorta el tiempo completo del ciclo de carga, por lo que este enfoque no es aconsejable. Cuando se carga a una corriente más alta, el voltaje de la batería aumentará más rápidamente debido a la sobretensión de la reacción del electrodo y al aumento de voltaje en la impedancia interna de la batería. La etapa de carga de corriente constante se acortará, pero dado que el tiempo de la etapa de carga de voltaje constante a continuación aumentará correspondientemente, el tiempo total del ciclo de carga no se acortará.

Etapa 3: carga de voltaje constante: cuando el voltaje de la batería aumenta a 4.2v, la carga de corriente constante termina y comienza la etapa de carga de voltaje constante. Para un rendimiento óptimo, la tolerancia de voltaje debe ser superior al + 1%.

Fase 4: terminación de la carga: a diferencia de las baterías de níquel, no se recomienda la carga lenta continua de las baterías de iones de litio. La carga de goteo continua dará lugar a un efecto de placa de metal de litio. Esto hace que la batería sea inestable y puede provocar un desmontaje repentino, automático y rápido.

Hay dos métodos típicos de terminación de carga: usar un juicio de corriente de carga mínimo o usar un temporizador (o una combinación de los dos). El método de corriente mínima monitorea la corriente de carga en la etapa de carga de voltaje constante y termina la carga cuando la corriente de carga disminuye al rango de 0.02C a 0.07C. El segundo método se cronometra desde el comienzo de la etapa de carga de voltaje constante y detiene el proceso de carga después de dos horas de carga continua.

El método de carga de cuatro etapas anterior tarda entre 2,5 y 3 horas en descargar completamente la batería. Los cargadores avanzados también tienen más medidas de seguridad. Por ejemplo, si la temperatura de la batería excede la ventana especificada (generalmente entre 0 ℃ y 45 ℃), la carga se suspenderá.

Carga de iones de litio: consideraciones del sistema

Se necesita un sistema de carga de alto rendimiento para completar el proceso de carga de manera rápida y confiable. Para lograr una solución confiable y rentable, se deben considerar los siguientes parámetros del sistema en el diseño:

La fuente de entrada

Muchas aplicaciones utilizan adaptadores de pared extremadamente económicos como alimentación de entrada. Su voltaje de salida depende principalmente del voltaje de entrada de CA y la corriente de carga que fluye desde el adaptador de pared.

El rango de voltaje de entrada del bus de CA en los enchufes de pared estándar en los Estados Unidos es generalmente de 90VRMS a 132VRMS. Suponga que el voltaje de entrada nominal es 120VRMS con una tolerancia de + 10% ,? 25%. El cargador debe proporcionar una regulación de voltaje adecuada para la batería, para que no se vea afectado por el voltaje de entrada. El voltaje de entrada del cargador es proporcional al voltaje del bus de CA y la corriente de carga:

VO vin = 2 x (el REQ + RPTC) - a - 1 o 2 x VFDS

REQ es la suma de la resistencia del devanado secundario y la resistencia a la reflexión del devanado primario (RP / a2). RPTC es la resistencia de PTC y VFD es la caída de tensión directa del puente rectificador. Además, la pérdida del núcleo del transformador también hará que la tensión de salida se reduzca ligeramente.

Las aplicaciones que usan adaptadores de automóvil para cargar sus baterías tienen problemas similares. El voltaje de salida de un adaptador para automóvil suele oscilar entre 9 V y 18 V.

Precisión y velocidad de carga de corriente constante

La elección topológica para una aplicación particular puede estar determinada por la corriente de carga. Muchas aplicaciones de carga de corriente constante o aplicaciones de carga de múltiples baterías utilizan soluciones de carga conmutadas para lograr una mayor eficiencia y evitar generar demasiado calor. Por razones de tamaño y costo, las aplicaciones de carga rápida de rango medio y bajo tienden a utilizar soluciones lineales, que pierden más energía en forma de calor. Para los sistemas de carga lineal, la tolerancia de carga de corriente constante se vuelve extremadamente importante. Si la tolerancia de voltaje es demasiado grande, el transistor de transferencia y otros componentes deben ser más grandes, aumentando el tamaño y el costo. Además, si la corriente de carga de corriente constante es demasiado pequeña, se prolongará todo el ciclo de carga.

Precisión de estabilidad de voltaje de salida

Para aprovechar al máximo la capacidad de la batería, la precisión de la estabilización del voltaje de salida es fundamental. Una pequeña caída en la precisión del voltaje de salida también puede resultar en una gran reducción en la capacidad de la batería. Sin embargo, por razones de seguridad y confiabilidad, el voltaje de salida no se puede configurar demasiado alto a voluntad. La Figura 2 muestra la importancia de la precisión de la estabilidad del voltaje de salida.

Método de terminación de carga

No hay duda de que la sobrecarga siempre ha sido una preocupación importante para las baterías de iones de litio. El método de terminación de carga preciso es muy importante para un sistema de carga seguro y confiable.

Supervisión de la temperatura de la batería

En general, el rango de temperatura en la batería de iones de litio debe estar entre 0 ℃ y 45 ℃. Cargar la batería fuera de este rango puede hacer que se sobrecaliente. Durante el ciclo de carga, el aumento de presión dentro de la batería también hace que la batería se hinche. La temperatura está directamente relacionada con la presión. A medida que aumenta la temperatura, también lo hace la presión, lo que puede provocar daños mecánicos o fugas de material dentro de la batería y, en casos graves, explosiones. Cargar una batería fuera de este rango de temperatura también puede afectar su rendimiento o acortar su vida útil.

Por lo general, los termistores se utilizan en los paquetes de baterías de iones de litio para medir con precisión la temperatura de la batería. El cargador detecta el valor de resistencia del termistor. Cuando el valor de resistencia excede el rango de trabajo especificado, es decir, la temperatura excede el rango especificado, la carga está prohibida.

Corriente de descarga de la batería o corriente de fuga inversa

En muchas aplicaciones, el sistema de carga todavía está conectado a la batería incluso si la energía de entrada no existe. El sistema de carga debe garantizar que la potencia de entrada no exista cuando la corriente extraída de la batería sea muy pequeña. Las corrientes de fuga máximas deben ser inferiores a unos pocos microamperios, normalmente menos de un microamperio.

Carga de iones de litio: un ejemplo de aplicación

Se puede desarrollar un sistema de gestión de carga adecuado considerando plenamente las consideraciones anteriores.

Solución lineal

Las soluciones de carga lineal se utilizan generalmente cuando hay una fuente de alimentación de entrada bien regulada. Las ventajas de las soluciones lineales en tales aplicaciones incluyen facilidad de uso, tamaño pequeño y bajo costo. Debido a la baja eficiencia de la solución de carga lineal, el factor más importante que afecta el diseño es el diseño de disipación de calor. El diseño de disipación de calor es la resistencia térmica entre el voltaje de entrada, la corriente de carga y el transistor de transferencia y el aire de refrigeración ambiental. El peor de los casos es cuando el dispositivo pasa de una carga lenta a una carga constante, en cuyo caso el transistor de transferencia debe emitir la máxima cantidad de energía térmica y debe sopesarse con la corriente de carga, el tamaño del sistema, el costo y los requisitos de enfriamiento.

Por ejemplo, una sola batería de iones de litio de 1000 mAh debe cargarse a una corriente constante de 0.5co 1C utilizando una fuente de alimentación de entrada de 5 V al 5%. La Figura 3 muestra cómo se puede usar el MCP73843 de Microchip para formar una solución independiente de bajo costo que requiere solo una cantidad muy pequeña de componentes externos para implementar el algoritmo de carga requerido. MCP73843 combina perfectamente carga de corriente constante de alta precisión, regulación de voltaje de voltaje constante y terminación de carga automática y otras funciones.

Para reducir aún más el tamaño, el costo y la complejidad de la solución lineal, se pueden integrar muchos componentes externos en el controlador de gestión de carga. El empaquetado avanzado proporciona una mayor integración a expensas de la flexibilidad. Este tipo de embalaje requiere equipos de producción avanzados y, en muchos casos, evita el reprocesamiento. La detección de corriente de carga, el transistor de transferencia y la protección contra descarga inversa suelen estar integradas. Además, este tipo de controlador de gestión de carga puede lograr una determinada función de regulación térmica. La función de regulación térmica puede limitar la corriente de carga de acuerdo con la temperatura del núcleo del dispositivo, para optimizar el tiempo del ciclo de carga al tiempo que garantiza la confiabilidad del dispositivo. La función de regulación térmica reduce en gran medida la carga de trabajo del diseño de disipación de calor.

La solución lineal integrada total basada en MicrochipMCP73861 se muestra en la figura 4. MCP73861 contiene todas las funciones de MCP73843, incluyendo detección de corriente, transistor de transmisión, protección contra descarga inversa y monitoreo de temperatura de la batería.

Forma de onda del ciclo de carga

El ciclo de carga completo de MCP73843 a tasas de carga de corriente constante de 1C y 0.5c se muestra en la figura 5. Cargando a una tasa de 0.5c en lugar de 1C, la carga termina aproximadamente una hora más tarde. En el proceso de carga rápida, la corriente de terminación de carga se reducirá en proporción a la corriente de carga. El resultado es un aumento del 36% en el tiempo de carga con un aumento del 2% en la capacidad de la batería y una reducción en la pérdida de energía. La corriente de terminación de carga cae de 0.07C a 0.035C, lo que aumenta la capacidad final de la batería de ~ 98% a ~ 100%. El diseñador del sistema debe sopesar el tiempo de carga, la pérdida de energía y la capacidad disponible de la batería.

Solución de carga conmutada

Las soluciones de carga conmutada se utilizan generalmente para aplicaciones con amplias fluctuaciones de voltaje de entrada o grandes diferencias de voltaje de entrada / salida. En tales aplicaciones, las ventajas de las soluciones de conmutación se reflejan en la mejora de la eficiencia, mientras que las desventajas son un sistema complejo, un tamaño relativamente grande y un costo elevado. Por ejemplo, las aplicaciones necesitan usar el adaptador para automóvil con una corriente constante de 0.5 C o 1 C en una batería de iones de litio de una sola sección de 2200 mah, porque los problemas como la disipación de calor, la implementación de la solución lineal es muy difícil, por supuesto, también se puede usar para Admite una solución lineal de regulación térmica, pero debido a una menor corriente de carga, el ciclo de carga extendido es inaceptable.

El primer paso en el diseño exitoso de una solución de carga conmutada es seleccionar la configuración de diseño: reductor, elevador, litro / reductor, flyback, inductancia primaria de terminal único (SEPIC) u otra forma. Dependiendo de los requisitos de entrada y salida y la experiencia, puede reducir rápidamente la selección a dos estructuras para esta aplicación: el reductor o el SEPIC. La ventaja del convertidor reductor es que solo se requiere un inductor, mientras que la desventaja es que se requieren diodos adicionales para la protección de descarga inversa, el accionamiento de la puerta de gama alta y la detección de corriente, y la corriente de entrada de pulso (que puede causar EMI). Las ventajas de la topología SEPIC son el accionamiento de puerta baja y la detección de corriente, la corriente de entrada continua y el aislamiento de CC entre la entrada y la salida. Las principales desventajas son la necesidad de dos inductores y un condensador de transmisión de energía.

MCP1630 es un modulador de ancho de pulso (PWM) de alta velocidad que se puede utilizar con un microordenador de un solo chip. Con un microordenador de un solo chip, el MCP1630 puede controlar el ciclo de trabajo del sistema de suministro de energía y proporcionar voltaje o corriente de salida estable. El MCU PIC16F684 se puede utilizar para el voltaje de salida o la estabilidad de la corriente, así como la frecuencia de conmutación y el ajuste de la relación de trabajo máxima. MCP1630 produce un ciclo de trabajo y proporciona una rápida protección contra sobrecorriente basada en diferentes entradas externas. Las señales externas incluyen oscilador de entrada, voltaje de referencia, voltaje de retroalimentación y detección de corriente. La señal de salida es un pulso de onda cuadrada. El cargador UTILIZA la estructura de energía de SEPIC. SCM proporciona una gran flexibilidad de diseño. Además, la MCU puede comunicarse con el monitor de batería (PS700 de Microchip) en el paquete de batería, reduciendo así en gran medida el tiempo del ciclo de carga.

Forma de onda del ciclo de carga

El ciclo de carga completo de la solución de carga conmutada se muestra en la figura 6. Al utilizar un monitor de batería en el sistema de carga, el ciclo de carga se puede acortar considerablemente y ya no será necesario que el monitor de batería detecte el voltaje en ambos extremos de el circuito de protección de la batería y la resistencia de contacto de la corriente de carga.

conclusión

En los productos portátiles actuales, la implementación correcta de la carga de la batería requiere una cuidadosa consideración del diseño. Este documento analiza las soluciones de carga lineal y conmutada para baterías de iones de litio. Los principios rectores y las consideraciones de diseño que se analizan en este documento son en realidad lo que deben tener en cuenta todos los diseños de sistemas de carga de baterías.

La página contiene el contenido de la traducción automática.