【導讀】隨著(zhù)便攜式產(chǎn)品的迅速發(fā)展，各種電池的用量大增，貝能?chē)H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作功率轉換，對便攜式鋰電池包進(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(dòng)器的數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(dòng)態(tài)響應，也可以靈活的實(shí)現充電曲線(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(shí)物圖：
功能:
對多節串聯(lián)鋰電池進(jìn)行大電流充電管理
待機時(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)檢測電池，并自動(dòng)啟動(dòng)充電
可以實(shí)現多種保護功能，如輸入電壓欠壓過(guò)壓保護、輸出過(guò)流保護、溫度保護等
電氣參數:
輸入電壓：32Vdc
負載：6串鋰電池組
恒壓充電壓：26.1V(6S，每節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(kāi)關(guān)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具有集成同步驅動(dòng)器的數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(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
高端驅動(dòng)：+5V，1A/2A灌電流，1A/2A吸電流
低端驅動(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：主/從，頻率同步
參數可配置
熱關(guān)斷
8位 MCU特點(diǎn)：
精密8MHz內部振蕩器
4096字片上程序存儲器
256字節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、電感電流波形及驅動(dòng)波形
注：功率電感電流波形及高低端MOS管驅動(dòng)波形。其中：①黃色：高端驅動(dòng)波形；④綠色：低端驅動(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。高端驅動(dòng)在占空比>50%時(shí)，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅動(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。高端驅動(dòng)在占空比>50%時(shí)，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅動(dòng)基本與高端驅動(dòng)互補，除了死區時(shí)間。右圖為展開(kāi)圖。
4) 10A時(shí)的波形。高端驅動(dòng)在占空比>50%時(shí)，由于有斜波補償，可以很好的工作；低端驅動(dòng)基本與高端驅動(dòng)互補，除了死區時(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：高端驅動(dòng)波形；④綠色：低端驅動(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℃
結論
鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢已在越來(lái)越多的便攜設備中得以廣泛應用，可以預見(jiàn)，未來(lái)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保護能力拓寬更多應用領(lǐng)域。
