搞定便攜式鋰離子電池組快速充電設計

隨著便攜式產品的迅速發展，各種電池的用量大增，貝能國際有限公司推出便攜式鋰離子電池組充電管理快速充電參考設計。本參考設計采用Microchip公司的MCp19118作控制芯片，Infineon的第5代OptiMOS作功率轉換，對便攜式鋰離子電池組進行快速大電流充電管理，外圍器件少，電轉換效率高，紋波電流小，保護功能完善。

控制芯片MCp19118為具有同步驅動器的數字加強型功率模擬控制器，集成了模擬pWM控制器和8位MCU，既有模擬器件的快速動態應和，也可以靈活的實現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：

實物圖：

功能:

?對多節串聯鋰離子電池進行大電流充電管理

?待機時，可以提供輸出電壓，電池組可以判斷是不是適宜的充電器

?插上電池，不會萌生沖擊電流，充電器自動測試電池，并自動啟動充電

?可以實現多種保護功能，如輸入電壓欠壓過壓保護、輸出過流保護、溫度保護等

電氣參數:

?輸入電壓：32Vdc

?負載：6串鋰離子電池包

?恒壓充電壓：26.1V(6S，每節4.35V)

?恒流充電流：10Amax

?預充電壓：18V；預充電流：1A；停充電流：0.5A

?輸出電流紋波：＜200mA@IOUT=10A

?開關頻率：300KHz

?效率：＞97%max

目標使用:

?電池快速充電

器件型號：

?MCp19118*1

?MCp6072*1

?MIC5233*1

?BSC032N04LS*2

?BSC030p03NS3*1

芯片解析

MCp19118具有集成同步驅動器的數字加強型功率模擬控制器，集成了模擬pWM控制器和8位MCU。

模擬pWM控制器特點：

?輸入電壓范圍:4.5~40V

?開關頻率:100kHz~1.6MHz

?靜態電流:5mA

?高端驅動：+5V，1A/2A灌電流，1A/2A吸電流

?低端驅動：+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：主/從，頻率同步

?參數可配置

?熱關斷

?

8位MCU特點：

?精密8MHz內部振蕩器

?4096字片上程序存儲器

?256字節RAM

?11個I/O引腳和一個只輸入引腳

?外部8通道10bit精度的AD轉換

?2個8bit定時器和1個16bit定時器

?I2C通訊接口

?封裝：24-pin4mmx4mmQFN

工作情況

1、效率曲線圖

2、電感電流波形及驅動波形

注：功率電感電流波形及高低端MOS管驅動波形。其中：①黃色：高端驅動波形；④綠色：低端驅動波形；③紫色：電感電流

1)啟動時的小電流時的波形，低端驅動在電感電流接近0時封閉。

2)4A時的波形。高端驅動在占空比>50%時，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅動在電感電流接近0時封閉。右圖為展開圖。

3)7A時的波形。高端驅動在占空比>50%時，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅動基本與高端驅動互補，除了死區時間。右圖為展開圖。

4)10A時的波形。高端驅動在占空比>50%時，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅動基本與高端驅動互補，除了死區時間。右圖為展開圖。

3、輸出電流波形

注：4A/7A/10A時的輸出電流波形。其中：①黃色：高端驅動波形；④綠色：低端驅動波形；③紫色：輸出電流

1）4A時的波形

2）7A時的波形

3）10A時的波形

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，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MOS)：72.5℃；L1(功率電感)：89.4℃；U2(控制芯片)：88.5℃

結論

鋰電池以其特有的性能優點已在越來越多的便攜設備中得以廣泛使用，可以預見，將來鋰電池充電器設計，將以更快速的充電速率及更強健的系統保護能力拓寬更多使用范疇。

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