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?chē)?guó)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(duì)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(xiàn)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(duì)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(duì)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(cè)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(guò)壓保護(hù)、輸出過(guò)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：10A max

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(kāi)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(hào)：

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(kāi)關(guān)頻率: 100 kHz~1.6 MHz

靜態(tài)電流: 5 mA

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-pin 4 mm x 4 mm QFN

工作情況

1、效率曲線(xiàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(wú)風(fēng)，室溫，無(wú)其他輔助散熱。

Q1(高端MOS)：94.1℃;Q3(低端MOS)：88.8℃;Q2(輸出開(kāi)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(shì)已在越來(lái)越多的便攜設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)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。