Cargador de batería de tamaño único | Dispositivos analógicos

El primer paso en el diseño de un cargador de batería es elegir un cargador de batería IC de la amplia gama de soluciones disponibles. Para tomar una decisión informada, un equipo de diseño primero debe definir claramente los parámetros de la batería (química, recuento de celdas, etc.) y los parámetros de entrada (solar, USB, etc.). Luego, el equipo debe buscar cargadores adecuados para los parámetros de entrada y salida, comparando las numerosas hojas de datos para elegir la mejor solución. El proceso de selección debe permitir que el equipo elija la mejor solución para la aplicación, hasta que cambien los parámetros de diseño, en cuyo caso: volver a las hojas de datos.

¿Qué pasaría si este paso pudiera omitirse por completo? ¿Qué pasaría si un diseñador pudiera enfocarse en una solución de aplicación, tratando el IC del cargador de batería como una caja negra para llenar con un IC real cuando llegue el momento de producir una solución funcional? En ese momento, el diseñador simplemente busca un IC de cargador de batería genérico, independientemente de los parámetros de diseño requeridos. Incluso si la configuración de la aplicación cambia (entradas desactivadas, cambio de tipo de batería, etc.), el cargador de batería IC estándar sigue siendo adecuado. No se requiere búsqueda de datos adicionales.

Este problema se puede ilustrar observando dos problemas muy diferentes del cargador de batería:

• El equipo de diseño A tiene la tarea de diseñar un cargador de batería que tome la entrada de un panel solar y cargue una batería de plomo ácido. El cargador debe ser autónomo, sin microcontrolador aquí, pero lo suficientemente versátil como para admitir varios modelos de paneles solares diferentes. Tienen una semana para hacer un diseño esquemático.
• El equipo de diseño B tiene un problema de cargador más complicado. Su diseño toma alimentación USB de 5 V y carga una batería de iones de litio de 1 celda con 1,3 A a un voltaje terminal de 4,1 V por celda. Por encima de 47 °C quieren que su voltaje de carga se reduzca a 4 V por celda a 0,5 A, y por encima de 72 °C quieren que se detenga la carga. Un microcontrolador necesita conocer el voltaje, la corriente, la temperatura y el estado de la batería de su sistema. También tienen una semana para hacer un diseño esquemático.

Resulta que ambos equipos de diseño pueden usar el mismo cargador de batería IC y este dispositivo es posiblemente la mejor opción disponible para ambas aplicaciones.

Cosas buenas y paquetes pequeños

El cargador reductor monolítico LTC4162 de 35 V y 3,2 A ofrece una elegante combinación de simplicidad y flexibilidad. Capaz de operar solo o con un controlador host, el LTC4162 permite soluciones básicas a complejas. En total²El sistema de telemetría C permite al usuario monitorear selectivamente la batería y aplicar parámetros de carga personalizados específicos para el modelo de batería. Un verdadero algoritmo de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) permite que el cargador funcione de manera óptima desde cualquier fuente de alta impedancia, como un panel solar. El algoritmo de carga se adapta a la química de la batería seleccionada: Li-ion, LiFePO₄o plomo-ácido.

Estas características están empaquetadas en un paquete QFN de 4 mm × 5 mm con un tamaño de resolución típico de aproximadamente 1 cm × 2 cm.

¡Siente el poder!

Que no te engañe su pequeño tamaño. Incluso con los FET de conmutación incorporados, el LTC4162 puede manejar más de 60 W de potencia de carga. El autocontrol térmico interno de la temperatura de la matriz permite que el LTC4162 regule la corriente de carga para que nunca se sobrecaliente, incluso en los entornos más cálidos y en los recintos más pequeños.

El camino del poder^™ Los FET (INFET y BATFET) aseguran que la carga del sistema (V_AFUERA) siempre impulsado por el voltaje de entrada (V_EN(c) si está presente o en la batería si VIN está ausente. El uso de FET de ruta de baja pérdida de canal N externo permite que una cantidad ilimitada de corriente pase a la carga.

Telemetría y control

Aunque el LTC4162 puede funcionar sin un controlador host, muchos aspectos de la carga se pueden monitorear y controlar a través de I²Puerto C. Un sistema de telemetría en chip lee los voltajes y corrientes del sistema y de la batería en tiempo real. Se pueden establecer varios límites y alertas para notificar al controlador del host cuando un valor medido alcance un umbral configurable o cuando se ingrese un estado de carga específico. Por ejemplo, puede ser una característica de diseño común ingresar al modo de bajo consumo cuando el voltaje de la batería cae a un límite inferior. En lugar de tener un microcontrolador que sondee continuamente el voltaje de la batería, el LTC4162 puede monitorear y notificar al controlador host cuando se alcanza este límite. En este momento, el host puede apagar la carga principal y entrar en un estado de bajo consumo.

El sistema de telemetría también es capaz de medir la resistencia en serie de la batería (BSR), que sirve como indicación del estado de la batería. La medición de BSR se puede configurar para que se ejecute automáticamente y se puede configurar una alerta para notificar al controlador de host que se ha excedido un límite alto de BSR personalizado, en cuyo caso el host puede notificar al usuario que es necesario reemplazar la batería.

Cuando se retira la alimentación de entrada y el sistema funciona con batería, el LTC4162 apaga automáticamente el sistema de telemetría para ahorrar energía de la batería. Si se requiere una medición, el sistema de telemetría se puede activar a través de un comando I2C, momento en el cual ingresa a un modo de telemetría de baja potencia más lento, donde las mediciones se toman cada cinco segundos. Si lo desea, la velocidad de telemetría se puede configurar en cualquier momento a la alta velocidad de 11 ms/velocidad de lectura.

hace calor aqui

El LTC4162 ofrece una carga personalizada basada en la temperatura. Para productos químicos a base de litio (Li-ion y LiFePO₄), el LTC4162 puede usar carga controlada por temperatura JEITA. JEITA permite al usuario definir regiones de temperatura personalizadas, donde se utiliza un voltaje y corriente de carga de batería personalizados para cargar la batería. También permite que el diseñador decida a qué temperaturas frías y calientes la batería debe dejar de cargarse. La configuración predeterminada de JEITA funciona para muchas baterías sin necesidad de la intervención del procesador host, pero esta capacidad permite que el LTC4162 funcione con los requisitos del perfil de temperatura de cualquier batería.

De manera similar, para las baterías de plomo-ácido, el voltaje objetivo se reduce linealmente mediante un algoritmo de compensación de temperatura en cada etapa de carga a medida que aumenta la temperatura. Estos voltajes se pueden cambiar con I²C, y la pendiente de compensación se puede cambiar cambiando el termistor.

MPPT y regulación de entrada

Para simplificar, muchos circuitos controladores de paneles solares establecen el voltaje del punto de máxima potencia como un valor constante. De hecho, V._{subdirector provincial} se desvía con la iluminación, y una matriz solar parcial puede bloquear múltiples picos de energía. Al escanear todo el rango de voltaje del panel conectado a su suministro de entrada, el algoritmo avanzado de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) del LTC4162 tiene en cuenta todas las variables, siempre rastreando hasta el punto de máxima potencia. Además de escaneos ocasionales de la línea de paneles solares, el LTC4162 desvía el voltaje de regulación de entrada, buscando constantemente pequeños cambios en la V_{subdirector provincial}. Estas funciones no requieren programación personalizada, por lo que los paneles se pueden apagar sin modificar el cargador.

Los beneficios de la regulación de entrada se extienden más allá de las fuentes de paneles solares. Como por ejemplo, muchos cables USB tienen una cantidad significativa de impedancia en serie, lo que provoca una caída de voltaje en la entrada del cargador a medida que se consume la corriente. La función de límite de corriente de bajo voltaje del LTC4162 controla esta corriente para que se mantenga un voltaje mínimo en la entrada.