Sistema completo de respaldo/mantenimiento de batería de administración de energía IC único para fuentes de alimentación de 48 V

Una tendencia común en los dispositivos electrónicos es una mayor portabilidad; ya no es universalmente aceptable que un dispositivo se apague simplemente porque "alguien lo desconectó". Para implementar la funcionalidad portátil, los dispositivos deben incluir sistemas avanzados de administración de energía que puedan controlar la ruta de energía desde las fuentes disponibles hasta los tomacorrientes apropiados del sistema, mantener un elemento de reserva cargado y listo, y garantizar que el sistema siempre tenga suficiente energía.

Las elegantes soluciones de administración de energía de un solo IC están disponibles para muchos dispositivos portátiles, como teléfonos inteligentes o tabletas, que funcionan con bajo voltaje y bajos niveles de energía. Las soluciones de administración de energía para sistemas de alto voltaje y alta potencia, como los que se requieren para muchos dispositivos industriales o médicos, requieren soluciones de componentes discretos especializados voluminosos y complejos. El LTC4020 simplifica la administración de energía en estos entornos al incorporar funciones avanzadas de administración de energía en una solución de IC único de alto voltaje y alta potencia.

El LTC4020 cuenta con un convertidor reductor/elevador de potencia CC/CC avanzado de 4 conversiones, soporte de carga de batería optimizado y PowerPath patentado de Linear Technology. Funcionalidad de administración de energía/batería del sistema. El LTC4020 administra la distribución de energía entre la energía de entrada del sistema, la batería de respaldo y la salida del convertidor en respuesta a las variaciones de carga, los requisitos de carga de la batería y las limitaciones de energía de entrada.

El regulador reductor/elevador de inductor único de CC/CC puede aceptar voltajes de entrada de hasta 55 V y voltajes de salida inferiores, superiores o iguales al voltaje de entrada. El cargador de batería integrado se puede configurar para proporcionar un perfil de carga de corriente constante/voltaje constante (CC/CV) optimizado para baterías de litio, un perfil de carga de batería de plomo-ácido trifásico o una terminación continua de temporización modificada. algoritmo de corriente (CC), que es similar al perfil de litio pero no incorpora funciones de preacondicionamiento de bajo voltaje y reinicio del ciclo de carga.

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Figura 1. Un sistema de energía/cargador de plomo-ácido flotante de 36 V a 55 V de 24 celdas (48 V) con una capacidad de salida del convertidor de 265 W, una corriente de carga de la batería de 5 A y una tensión de salida/carga flotante de 53,75 v

Cuando el LTC4020 está configurado en el modo de carga optimizado para baterías de plomo-ácido, el voltaje de regulación durante la carga de absorción es el 120 % del voltaje normal del sistema de batería, o 14,4 V para una batería de 12 "plomo-ácido. V". Desafortunadamente, el algoritmo de carga de plomo-ácido incorporado no se puede usar para una batería de sistema de 48 V, porque el voltaje de carga de absorción excedería el voltaje de funcionamiento máximo para el LTC4020. Este problema se puede resolver fácilmente implementando un cargador flotante de alta corriente utilizando el algoritmo de carga de corriente constante (CC).

El algoritmo de carga de CC se habilita dejando el pin MODE del LTC4020 desconectado. Un divisor de resistencia de retroalimentación calcula el voltaje deseado de carga lenta de la batería, que corresponde a VFB = 2,5 V. El algoritmo de carga de CC activa la corriente de carga completa programada hasta que se alcanza el punto de flotación del voltaje de control. Mientras mantiene el voltaje de control flotante, un cargador de plomo-ácido flotante debe poder suministrar corriente continuamente a la batería, de modo que la función de carga no pueda detenerse. El modo de carga de CC puede acomodar esto configurando TIMER = 0V, lo que desactiva la función de temporizador y, por lo tanto, desactiva el apagado de la carga, por lo que el ciclo de carga continuará indefinidamente.

La Figura 1 muestra un LTC4020 configurado como una fuente de alimentación del sistema de 48 V con un cargador de batería de reserva de punto flotante integrado. El componente central de esta fuente de alimentación es un regulador de modo de corriente CC/CC de reducción/impulso medio, que utiliza cuatro NFET externos como elementos de conmutación, lo que proporciona 265 W de potencia de salida disponible del sistema.

El convertidor opera desde un suministro de entrada de 36 V a 55 V, y el convertidor está limitado a 8.3 Corriente inductiva promedio. La corriente del convertidor programable está limitada por dos resistencias de detección de 6 mΩ (RSENS1 y RSENS2) colocados en serie con los FET de conmutación SiS862DN M1 y M2. El convertidor CC/CC admite al menos 5 A en su salida en todo el rango de tensión de funcionamiento.

Figura 2. Corriente máxima de carga de la batería para el circuito que se muestra en la Figura 1.

RSHDN1 y RSHDN2 formar un divisor en el pin SHDN, que establece el voltaje de apagado de entrada en VEN = 35 V, deshabilitando el convertidor CC/CC y las funciones del cargador de batería cuando la entrada es inferior a 35 V, de modo que la corriente de carga completa esté disponible cuando la alimentación esté encendida. Los FET de conmutador SiS862DN utilizados aquí tienen un Q típicogramo alrededor de 10 nC cada uno, por lo que con la frecuencia de operación establecida en 250 kHz por la resistencia RjLa QG(TOTALES) • FOh a VEN = 55 V cae dentro del INTV especificado del LTC4020CC pasar directivas de elementos SOA.

El IC carga y mantiene una batería de respaldo de plomo-ácido de 24 celdas (48 V) usando un perfil de carga de corriente/voltaje constante como se describió anteriormente. La corriente máxima de carga de la batería se registra en RCS a 5 A, que está disponible hasta que se alcanza el voltaje de flotación a plena carga de 53,75 V. El voltaje de la batería es monitoreado por un divisor resistivo (RFB1 y RLibro FB2), que establece la tensión de flotación a plena carga en 53,75 V (o 2,24 V/celda). Se hace referencia a este divisor a través del pin FBG, que tiene un cortocircuito a tierra cuando el LTC4020 está en funcionamiento, pero se vuelve de alta impedancia cuando el IC está desactivado, lo que reduce la carga parásita en la batería.

El LTC4020 prioriza la energía para las funciones de carga del sistema y la carga de la batería (la carga del sistema siempre tiene prioridad sobre la energía de carga), por lo que la corriente de carga de la batería se reduce cuando es necesario durante los períodos de carga intensa. Si la carga del sistema supera las capacidades del convertidor CC/CC LTC4020, la corriente de la batería invertirá la dirección y la corriente de carga se extraerá de la batería para complementar la salida del convertidor.

Figura 3. Corriente de salida disponible del inversor (corriente de carga del sistema + corriente de carga de la batería) en función del voltaje de entrada.

Cuando la VEN se desconecta la alimentación, cesan todas las funciones del LTC4020 y la batería proporciona la energía necesaria para la salida. El interruptor FET M4 bloquea la conducción inversa de la batería a través del convertidor, el divisor de resistencia de monitoreo de voltaje de la batería se desconecta a través del pin FBG y la corriente total de la batería en el IC se reduce a menos de 10 µA, lo que maximiza la vida útil de la batería cuando no -Requiere almacenamiento de carga.

El LTC4020 es una solución de administración de energía de un solo IC para cualquier dispositivo de alta potencia que requiera respaldo de batería o operación remota alimentada por batería. El regulador reductor/elevador de CC/CC integrado puede impulsar un riel de voltaje más alto, más bajo o igual al voltaje de entrada. El IC utiliza una topología PowerPath inteligente, que combina la salida del regulador con un cargador de batería poliquímico completo. El cargador incluye un temporizador interno incorporado para el control del ciclo de carga y el monitoreo del ciclo de carga en tiempo real mediante un pin de estado codificado en binario. Los perfiles de carga seleccionables de tres pines brindan flexibilidad para acomodar los tipos de batería más comunes con características de carga optimizadas.

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