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(shè)計。本參考設(shè)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(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態(tài)響應(yīng)，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(jìn)行大電流充電管理

• 待機(jī)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(hù)功能，如輸入電壓欠壓過壓保護(hù)、輸出過流保護(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：

• 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(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：

• 輸入電壓范圍: 4.5~ 40V   

• 開關(guān)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(guān)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

1) 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(guān)閉。

2)  4A時的波形。高端驅(qū)動在占空比>50%時，由于有斜波補(bǔ)償，可以很好的工作；低端驅(qū)動在電感電流接近0時關(guān)閉。右圖為展開圖。

3) 7A時的波形。高端驅(qū)動在占空比>50%時，由于有斜波補(bǔ)償，可以很好的工作；低端驅(qū)動基本與高端驅(qū)動互補(bǔ)，除了死區(qū)時間。右圖為展開圖。

4) 10A時的波形。高端驅(qū)動在占空比>50%時，由于有斜波補(bǔ)償，可以很好的工作；低端驅(qū)動基本與高端驅(qū)動互補(bǔ)，除了死區(qū)時間。右圖為展開圖。

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(fēng)，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(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)勢已在越來越多的便攜設(shè)備中得以廣泛應(yīng)用，可以預(yù)見，未來鋰離子電池充電器設(shè)計，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。