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(zhuǎn)換，對便攜式鋰電池包進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，保護功能完善。

控制芯片MCP19118為具有同步驅(qū)動器的數(shù)字增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(tài)響應，也可以靈活的實現(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：

實物圖：

功能：

? 對多節(jié)串聯(lián)鋰電池進行大電流充電管理

? 待機時，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，不會產(chǎn)生沖擊電流，充電器自動檢測電池，并自動啟動充電

? 可以實現(xiàn)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(shù)：

? 輸入電壓：32Vdc

? 負載：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

目標應用：

? 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)動器的數(shù)字增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： 100 kHz~1.6 MHz

? 靜態(tài)電流： 5 mA

? 高端驅(qū)動：+5V，1A/2A灌電流，1A/2A吸電流

? 低端驅(qū)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(tǒng)：主/從，頻率同步

? 參數(shù)可配置

? 熱關斷

8位 MCU特點：

? 精密8MHz內(nèi)部振蕩器

? 4096字片上程序存儲器

? 256字節(jié)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(zhuǎn)換

? 2個8bit定時器和1個16bit定時器

? 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)動波形

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

啟動時的小電流時的波形，低端驅(qū)動在電感電流接近0時關閉。

4A時的波形。高端驅(qū)動在占空比》50%時，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅(qū)動在電感電流接近0時關閉。

下圖為展開圖。

7A時的波形。高端驅(qū)動在占空比》50%時，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅(qū)動基本與高端驅(qū)動互補，除了死區(qū)時間。

下圖為展開圖。

10A時的波形。高端驅(qū)動在占空比》50%時，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅(qū)動基本與高端驅(qū)動互補，除了死區(qū)時間。

下圖為展開圖。

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(qū)動波形；④綠色：低端驅(qū)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(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備中得以廣泛應用，可以預見，未來鋰離子電池充電器設計，將以更快速的充電速率及更強健的系統(tǒng)保護能力拓寬更多應用領域。