Чтобы спроектировать любое зарядное устройство, сначала нужно посмотреть, какие функции предоставляют решения, доступные на рынке. Разработчик должен определить параметры батареи для этой цели (тип химии, количество ячеек и т. д.) и определить параметры входного напряжения (солнечная энергия, USB). Затем вам нужно искать зарядные, которые соответствуют входным и выходным параметрам, сравнивая несколько таблиц данных, чтобы наконец найти лучшее решение.
В идеале этот шаг может быть полностью пропущен и сосредоточен на прикладном решении, рассматривая систему зарядки аккумулятора как черный ящик, универсальный и подходящий как для разных элементов, так и взаимодействующий с различными типами входного напряжения. Существует высокая вероятность того, что LTC4162 является лучшим устройством для этой задачи.
Рис. 1. Схема применения зарядного устройства с LTC4162
Встроенное зарядное устройство LTC4162 35 В, 3,2 А обеспечивает простоту и универсальность применения. Благодаря возможности работать самостоятельно или в режиме наблюдения контроллер LTC4162 позволяет создавать оба базовых решения. а также сложные. Встроенная измерительная система позволяет дополнительно контролировать состояние батареи, а также использовать интерфейс I²C для ввода пользовательских параметров зарядки, специфичных для модели батареи.
Зарядное устройство поддерживает алгоритм отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), который позволяет ему работать с любым высокоимпедансным источником энергии, таким как солнечная панель. Алгоритм зарядки адаптирован к выбранному химическому составу батареи: Li-Ion, LiFePO4 или свинцово-кислотные батареи.
Микросхема поставляется в корпусе QFN 4 x 5 мм и обычно занимает площадь 1 × 2 см на печатной плате. Тем не менее, система способна обеспечить зарядную мощность до 60 Вт, используя внутренние силовые транзисторы.
Рис. 2. Профили JEITA по умолчанию для литий-ионных элементов
LTC4162 позволяет регулировать параметры зарядки в зависимости от температуры. В случае литиевых элементов (Li-ion и LiFePO4) система может использовать стандартную зарядку JEITA с контролем температуры. JEITA позволяет пользователю устанавливать пользовательские значения напряжения и тока зарядки аккумулятора в зависимости от температуры, а также нижних и верхних точек отсечки температуры. Настройки JEITA по умолчанию работают для многих типов ячеек без необходимости контроля хоста.
Хотя LTC4162 может работать без хоста, многие аспекты зарядки могут контролироваться через интерфейс I²C, например, считывать напряжения и токи системы и ячейки в режиме реального времени. Вы можете устанавливать пределы и оповещения, управлять условиями в режиме пониженного энергопотребления, когда напряжение батареи падает до определенного нижнего предела. LTC4162 может отслеживать и информировать хост-контроллер о достижении этого предела, что может дополнительно отключить основную нагрузку и перейти в состояние низкого энергопотребления.
Рис. 3. Профили зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В
Также возможно измерить последовательное сопротивление батареи (BSR), которое служит индикатором состояния батареи. Измерение может быть настроено на автоматическое выполнение, а аварийный сигнал может быть настроен на уведомление хост-контроллера о превышении нестандартного верхнего предела BSR, после чего хост может сигнализировать пользователю о необходимости замены батареи.
При отсутствии входной мощности LTC4162 автоматически отключает измерения для экономии энергии или переходит в более медленный режим с низким энергопотреблением, в котором измерения проводятся каждые пять секунд.
Аналогично, в случае свинцово-кислотных аккумуляторов алгоритм температурной компенсации линейно уменьшает конечное зарядное напряжение при повышении температуры. Уровни напряжения можно компенсировать с помощью I²C, а наклон компенсации можно изменить, изменив термистор.
Рис. 4. Пример характеристик управления мощностью для фотоэлектрической панели
В фотогальванических установках многие контроллеры солнечных панелей устанавливают максимальное напряжение в точке питания как постоянное значение. Фактически, VMPP изменяется в зависимости от уровня освещения, и частично покрытая солнечная панель может иметь много максимумов мощности.
Усовершенствованный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) в LTC4162 учитывает все эти переменные и всегда устанавливает точку максимальной мощности. Система контролирует входное напряжение регулирования, постоянно ищет небольшие изменения в VMPP. Эти функции не требуют программирования, поэтому панели можно подключать вместо источника питания без изменения системы зарядного устройства.
Преимущества системы регулирования входного импеданса выходят за рамки солнечных панелей. Например, многие USB-кабели имеют значительный последовательный импеданс, который вызывает падение напряжения на входе зарядного устройства при подаче большого тока. LTC4162 регулирует этот ток таким образом, чтобы на входе поддерживалось минимальное напряжение.
LTC4162 также совместим со спецификацией USB Power Delivery, которая позволяет передавать до 100 Вт энергии с помощью кабеля USB типа C. Схема ограничения входного тока в LTC4162 может быть настроена здесь так, чтобы входной адаптер не был перегружен. Как только предел входного тока достигнут, нагрузка системы все равно может потреблять столько энергии от входа, сколько необходимо, но ток зарядки аккумулятора уменьшается, так что предел входного тока не превышается. Для USB PD это означает, что один LTC4162 может питаться от разных профилей питания.
Посылая команду через I²C, вы можете перевести LTC4162 в состояние низкого энергопотребления, уменьшив ток, потребляемый им от батареи, примерно до 3,5 мкА. При желании схема может быть настроена таким образом, чтобы в течение этого периода она отключала электропитание от нагрузки.
Варианты
Зарядное устройство LTC4162 доступно в нескольких вариантах в зависимости от типа ячейки, параметров зарядки и от того, включена ли система MPPT по умолчанию (таблица 1). Отдельные версии совместимы по выводам, что упрощает создание прототипов.