Чтобы спроектировать зарядное устройство для аккумулятора, сначала необходимо определить параметры батареи (тип химического элемента, количество ячеек и так далее). Затем нужно найти зарядные устройства, соответствующие входным и выходным параметрам, сравнив несколько таблиц данных, чтобы окончательно определить лучшее решение.

Было бы лучше этот шаг пропустить, и сосредоточиться на прикладном решении, рассматривая схему зарядки аккумулятора как универсальный и подходящий для разных ячеек модуль, работающий с разными типами входного напряжения. И микросхема LTC4162 – лучшее устройство для этой задачи.

Большая мощность в малом корпусе

Комбинированное зарядное устройство (скачать даташит LTC4162) на 35 В, 3,2 A обеспечивает простоту и универсальность в применении. Благодаря способности работать независимо или в контролируемом режиме с помощью внешнего контроллера, она позволяет создавать различные типы ЗУ. Встроенная измерительная система позволяет дополнительно контролировать состояние батареи, а с помощью интерфейса I2C можно вводить нестандартные параметры зарядки, специфичные для конкретной модели батареи.

Зарядное устройство поддерживает алгоритм отслеживания точки максимальной мощности (MPPT), который позволяет работать с любым источником питания с высоким сопротивлением, например с солнечной панелью. Алгоритм зарядки адаптирован к выбранному химическому составу аккумулятора: Li-Ion, LiFePO4 или свинцово-кислотный.

Чип доступен в корпусе QFN с размерами 4 х 5 мм, а типичная сборка занимает площадь около 1 х 2 см на печатной плате. Тем не менее, микросхема способна обеспечить мощность зарядки до 60 Вт с использованием внутренних силовых транзисторов.

LTC4162 позволяет регулировать параметры зарядки в зависимости от температуры. В случае литиевых элементов (Li-ion и LiFePO4) ЗУ может использовать зарядку JEITA с контролем температуры. JEITA позволяет пользователю настраивать напряжение и ток заряда аккумулятора в зависимости от температуры, а также точек отсечки заряда при низких и высоких температурах. Настройки JEITA по умолчанию работают для многих типов ячеек без необходимости наблюдения за процессом.

Хотя LTC4162 может работать через интерфейс I2C, можно управлять многими параметрами зарядки, такими как система считывания, а также напряжения и токи ячеек в реальном времени. Можно устанавливать ограничения и предупреждения, 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.

Также можно измерить последовательное сопротивление батареи (BSR), которое служит индикатором состояния АКБ. Измерение можно настроить на автоматический запуск, и можно настроить индикацию для уведомления хост-контроллера о превышении пользовательского верхнего предела BSR, в этот момент хост может сигнализировать пользователю о необходимости замены батареи.

При отсутствии входного питания LTC4162 автоматически прекращает измерения для экономии энергии или переходит в режим низкого энергопотребления, в котором измерения выполняются каждые 5 секунд.

Аналогичным образом для свинцово-кислотных аккумуляторов алгоритм температурной компенсации линейно снижает напряжение в конце заряда при повышении температуры. Уровни напряжения можно компенсировать с помощью I2C, а крутизну компенсации можно изменить заменив термистор.

Отслеживание максимума мощности MPPT

В фотоэлектрических преобразователях многие контроллеры солнечных панелей устанавливают максимальное напряжение точки питания как постоянное значение. Фактически, VMPP изменяется в зависимости от уровня освещенности.

Усовершенствованный алгоритм отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) в LTC4162 учитывает все эти переменные и всегда устанавливает точку максимальной мощности. Система контролирует управляющее входное напряжение, постоянно отслеживая небольшие изменения VMPP. Эти функции не требуют программирования, поэтому панели можно подключать вместо входного источника питания без изменения схемы зарядного устройства.

Преимущества системы контроля входного сопротивления выходят за рамки солнечных панелей. Например многие USB-кабели имеют значительное последовательное сопротивление, что приводит к падению входного напряжения зарядного устройства при потреблении большого тока. LTC4162 регулирует этот ток таким образом, чтобы на входе поддерживалось минимальное напряжение.

Питание от USB и экономичный режим

LTC4162 также совместим со спецификацией USB Power Delivery, которая позволяет передавать до 100 Вт мощности через кабель USB Type-C. Здесь можно настроить схему ограничения входного тока LTC4162, чтобы входной адаптер не был перегружен. После достижения предела входного тока, нагрузка все еще может потреблять от входа столько энергии, сколько ей нужно, но ток зарядки аккумулятора уменьшается, так что предел входного тока не превышается. Для USB PD это означает, что LTC4162 может питаться от разных профилей питания.

Послав команду через I2C, LTC4162 может быть переведен в состояние низкого энергопотребления, что снизит ток потребляемый от батареи, примерно до 3,5 мкА. При желании схему можно вообще настроить на отключение нагрузки в этот период.

Чип LTC4162 выпускается серийно в 28-контактном корпусе QFN с размерами 4 х 5 х 0.75 мм. В партиях из 1000 штук цена одной микросхемы начинается от 3$.