快速充电设计就是这么简单！

综 述

随着产品的迅速发展，各种电池的用量大增，贝能国际推出锂电池包充电管理快速充电参考设计。本参考设计采用Microchip公司的MCP19118作控制芯片，Infineon的第5代OptiMOS作功率转换，对锂电池包进行快速大电流充电管理，器件少，电转换效率高，纹波电流小，保护功能完善。

控制芯片MCP19118为具有同步驱动器的数字增强型功率模拟控制器，集成了模拟PWM控制器和8位MCU，既有模拟器件的快速动态响应，也可以灵活的实现充电曲线及各种功能。第5代OptiMOS的Rdson更小，寄生电容更小，寄生二极管的Trr也更小，更适用于高频PWM的功率转换电路，对整体性能的提升有较大的帮助。简单手机充电器设计

原理框图：

原理图：

实物图：

功能：

? 对多节串联锂电池进行大电流充电管理

? 待机时，可以提供输出电压，电池包可以判断是否合适的充电器

? 插上电池，不会产生冲击电流，充电器自动检测电池，并自动启动充电

? 可以实现多种保护功能，如输入电压欠压过压保护、输出过流保护、温度保护等

电气参数：

? 输入电压：32Vdc

? 负载：6串锂电池组

? 恒压充电压：26.1V（6S，每节4.35V）

? 恒流充电流：10A max

? 预充电压：18V；预充电流：1A；停充电流：0.5A

? 输出电流纹波：＜200mA@IOUT = 10A

? 开关频率：300KHz

? 效率：＞97% max

目标应用：

? 电池快速充电

器件型号：

? MCP19118 *1

? MCP6072 *1

? MIC5233*1

? BSC032N04LS *2

? BSC030P03NS3 *1

芯片介绍

MCP19118具有集成同步驱动器的数字增强型功率模拟控制器，集成了模拟PWM控制器和8位 MCU。

模拟PWM控制器特点：

? 输入电压范围： 4.5~ 40V

? 开关频率： 100 kHz~1.6 MHz

? 静态电流： 5 mA

? 高端驱动：+5V，1A/2A灌电流，1A/2A吸电流

? 低端驱动：+5V，2A灌电流，4A吸电流

? 峰值电流模式控制

? 输出差分采样

? 多输出系统：主/从，频率同步

? 参数可配置

? 热关断

8位 MCU特点：

? 精密8MHz内部振荡器

? 4096字片上程序存储器

? 256字节RAM

? 11个I/O引脚和一个只输入引脚

? 外部8通道10bit精度的AD转换

? 2个8bit定时器和1个16bit定时器

? I2C通讯接口

? 封装：24-pin 4 mm x 4 mm QFN

工作情况

1、 效率曲线图

2、 电感电流波形及驱动波形

在图 4中,电压源输出电压uo作为电流源的输入,电流源输出端连接至霍姆赫兹线圈,io为输出电流,rs为电流取样精密电阻,lh为霍姆赫兹线圈的等效电感.在电路中,gnd为驱动信号和电流电压采样信号的公共地参考点,drive为mosfet的栅极电压驱动信号,工作时,为了提高输出功率,采用q3、q4两个功率mosfet并联,并且q3、q4工作性放大区,输出电流的大小由驱动信号drive的电压幅值控制.因此,改变驱动电压就可以调节输出电流的大小.。一般由二极管、电阻、电容和电感等无源器件组成，向目前国内的电视机生产厂对过去设计的功率较大的电视机，在整流桥堆和滤波电容之间加一只电感（适当选取电感量），利用电感上电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，改善供电线路电流波形的畸变，并且在电感上电压超前电流的特性也补偿滤波电容电流超前电压的特性，使功率因数、电磁兼容和电磁干扰得以改善，如图7。桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形见图3当时：当为有限值时：通常取 rc越大越大为获得良好滤波效果，一般取：（t为输入交流电压的周期）图 3 桥式整流电路电容滤波电路电压、电流波形图2. 电感滤波电路电感滤波电路是利用储能元件电感器l的电磁感应使电流不能突变的性质，把电感l与整流电路的负载串联，也可以起到滤波的作用。

启动时的小电流时的波形，低端驱动在电感电流接近0时关闭。简单手机充电器设计

4A时的波形。高端驱动在占空比》50%时，由于有斜波补偿，可以很好的工作；低端驱动在电感电流接近0时关闭。

下图为展开图。

7A时的波形。高端驱动在占空比》50%时，由于有斜波补偿，可以很好的工作；低端驱动基本与高端驱动互补，除了死区时间。

下图为展开图。

10A时的波形。高端驱动在占空比》50%时，由于有斜波补偿，可以很好的工作；低端驱动基本与高端驱动互补，除了死区时间。

下图为展开图。

3、 输出电流波形

注：4A/7A/10A时的输出电流波形。其中：①：高端驱动波形；④绿色：低端驱动波形；③紫色：输出电流

1）4A时的波形

2）7A时的波形

3）10A时的波形

输出电流在4A/7A/10A的情况下，输出纹波电流都很小。

4、 热成像

注：输出电流10A，30分钟，无风，室温，无其他辅助散热。 Q1（高端MOS）：94.1℃；Q3（低端MOS）：88.8℃；Q2（输出开关MOS）：72.5℃；L1（功率电感）：89.4℃；U2（控制芯片）：88.5℃

结 论

锂离子电池以其特有的性能优势已在越来越多的便携设备中得以广泛应用，可以预见，未来锂离子电池充电器设计，将以更快速的充电速率及更强健的系统保护能力拓宽更多应用领域。

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