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电子技术

智能充电器开发方案

2017-5-7 23:43:13

    随着锂离子化学电池在各种电子产品设计中的使用越来越普遍,为这些电池充电的创新解决方案变得越来越必不要少。为了获得最大程度的系统灵活度,我们可以使用微处理器来控制电池充电的各个方面,包括旨在提高充电速率和电池寿命的独特充电算法。这种方法还能够允许更高电压的电池组实施。

    本文将介绍如何利用一颗微处理器来控制一个宽输入电压DC/DC控制器的功率级板。这种解决方案可支持高达55V的输入电压;5V到51V范围的电池充电电压;以及在大多数情况下高达10A的输出电流。本文中所讨论的硬件和软件均由TI应用工作人员开发,并经过他们的测试,目的是让客户能够快速地进行解决方案原型机制造。

   为了易于开发,我们将电池充电器分解为两个单独的板:微处理器控制器板和DC/DC-转换器功率级板(请参见图1)。正负电池端均连接至功率级板,而系统管理总线 (SMBus) 通信线则连接至微处理器板。智能电池将我们想要的充电电压和电流信息发送给微处理器,之后将两个脉宽调制 (PWM) 信号发送给DC/DC-转换器功率级板,以设置实际输出电压和电流。

 

 

微处理器与DC/DC控制器搭建的智能电池充电器方案(电子工程专辑)
图1:宽输入电压智能电池充电器的高级系统结构图

 

为了能够使用标准宽输入电压DC/DC转换器,功率级板设计有一个特殊的反馈电路(请参见图2),以正确地控制电池充电。微处理器遵循的充电序列是,在电池电压接近其规定最大电压以前一直对充电电流进行限制。当达到最大电压时,充电电压便保持恒定,从而让充电电流逐渐减少,直到认为电池获得完全充电为止。这时,PWM输出信号便关闭。

 

 

微处理器与DC/DC控制器搭建的智能电池充电器方案(电子工程专辑)
图2:正确对电池充电的恒流/电压-反馈电路

 

初始电流限制充电速率有两个电流电平。当电池过度放电时,在电池电压达到某个足够安全的级别来接受标准充电速率以前,将一直使用很低的充电速率来进行充电。

 

在如图2所示反馈电路中,U3:B将PWM-电流基准电压 (I_PWM1)同提供给电池的测量电流(ISNS1)进行对比。如果PWM基准电压高于测量电流,则放大器输出为高。如果基准电压较低,则放大器输出为低。

 

一个电阻分压器(R30和R34)用于测量U3:A的VBATT1输入端的输出电压。我们将该电压同PWM-输出基准电压(V_PWM1)进行对比。如果该基准电压更高,则放大器输出为高。如果基准电压更低,则放大器输出为低。最大输出电压可由如下方程式表示:

 


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