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使用MCU调整 MP2659 的充电电流
电子资料库 | 2022-08-11 14:18:03    阅读:1291   发布文章

抽象的

为了微调它们的性能,许多电池供电的设备必须在不同的工作模式下实时调整充电电流。例如,许多电池制造商需要针对不同温度的特定充电电流水平,以保证电池安全。因此,一种实时调整充电电流的方法是有益的。

MP2659可以通过连接在 ISET 引脚和 AGND 之间的电阻器 (R ISET )调节其充电电流。本应用笔记详细介绍了如何使用微控制器 (MCU) 根据充电电流调节来实时调整 MP2659 的充电电流。本应用笔记介绍了 MP2659,并阐述了 R ISET和充电电流之间的关系。接下来,这篇笔记推荐了充电电流实时调整的设计指南,最后给出了一个设计实例。

一、简介

MP2659是一款高度集成的开关充电器,专为采用 3 节至 6 节串联锂离子或锂聚合物电池组的应用而设计。它支持具有不同电池调节电压的多种电池化学成分。充电电流可以通过在 ISET 引脚和 AGND 之间连接一个相应的电阻器 (R ISET ) 来调节。RISET与充电电流之间的关系可以用公式(1)计算:

$$I_{CHG} = \frac{96(kΩ)}{R_{ISET}(kΩ)}$$

图 1 显示了 MP2659 的标准原理图。

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图 1:MP2659 应用原理图

虽然可以通过RISET调节充电电流,但是这种方法对于实时调节来说是不可靠的。通过使用单片机的PWM,可以实时调节充电电流,可靠性更高。

2. 方法细节

MP2659 通过 ISET 引脚读取的不同电阻值调节充电电流。ISET 引脚保持 1.2V 的恒定电压,这意味着可以通过改变 ISET 引脚和 AGND 之间的等效电阻来调整充电电流。可以通过修改 MCU 的 PWM 占空比来启动此更改。

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图 2:ISET 引脚的等效电路

2.1 方法概述

图 3 显示了当等效电阻连接到 MP2659 的 ISET 引脚时如何构建设计。

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图 3:等效电阻设计电路

PWM 信号具有可控的占空比。该信号由 MCU 生成。RC 滤波器(由 R 2、R 3和 C ISET组成)将 PWM 信号过滤为 DC 信号。ISET 引脚和 AGND 之间的等效电阻 (R EQ ) 可以通过公式 (2) 计算:

$$R_{EQ}=\frac {1.2R_1G_{123}}{1.2G_{123} - (\frac{DUTY \times V_{M\_PWM}}{R_2}+\frac{1.2}{R_1}) }$$

其中DUTY为PWM占空比,V M_PWM为PWM幅度(与MCU供电电压相同,约为3.3V)。G 123可以用等式(3)估算:

$$G_{123} = {1 \over R_1} + {1 \over R_2} + {1 \over R_3}$$

对于公式 1、2 和 3,R EQ必须超过 0Ω。当 R EQ低于 0Ω 时,I CHG = 0A。表 1 列出了基于 PWM 输入的充电电流。

表 1:充电电流与 PWM 输入

脉宽调制输入

PWM 占空比

充电电流

接地

0%

96(kΩ)/(R 1 +R 2 //R 3 )

逻辑高

100%

0A

PWM 占空比

0% 到 MAX_DUTY (1)

线性调整充电电流

漂浮

不适用

96(kΩ)/(R 1 +R 2 )

笔记:

1) MAX_DUTY 是充电电流降至 0A 时的最大 PWM 占空比。建议为 80% 左右。

2.2 参数相关设计指南

基于以上分析,参数(R 1,R 2,R 3,CISET)可以按照以下准则进行设计:

  • 与最大充电电流对应的等效电阻为 R MAX_ICHG,可通过公式 (4) 计算:

  • $$R_{MAX\_ICHG} = R_1 + R_2 // R_3$$选择一个合适的 R 1,用公式 (5) 估计:$$R_1 = 0.5R_{MAX\_ICHG}$$求解方程,然后用方程(6)计算 R 2和 R 3 :$$ \begin{cases} R_2//R_3=R_1 \\[2ex] \frac{MAX\_DUTY \times V_{M\_PWM} - 1.2}{R_2} = \frac{1.2}{R_3} \end{案例} $$选择适当的 C ISET将 PWM 信号过滤为直流信号,使用公式 (7) 估算:$$f_{过滤器} = \frac {1}{2\pi(R_2//R_3)C_{ISET}} << f_{PWM}$$

其中f FILTER为RC滤波器的截止频率,建议为10Hz左右;f PWM为 PWM 频率,建议在 1kHz 以上。

3. 设计实例

本节演示如何成功设计参数以在 MAX_ICHG = 2.7A、MAX_DUTY = 80%、V M_PWM = 3.3V 和 f PWM = 2kHz时实时调整充电电流。

3.1 设计过程
  1. 使用公式 (8)计算 R MAX_ICHG :

  2. $$R_{MAX\_ICHG} = \frac {96(kΩ)}{MAX\_ICHG} = 35kΩ$$选择 R 1 = 20kΩ。使用公式 (6) 计算 R 2 = 33kΩ,R 3 = 27kΩ。设置 C ISET = 1μF 将 PWM 信号过滤为直流信号。

3.2 设计结果

使用上面确定的参数构建演示板,以验证本应用笔记中提出的方法的有效性。图 4 显示了演示板原理图。

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图 4:MP2659 充电电流调整应用演示板原理图

根据演示板测试后得到的结果(测试条件:V IN = 16V,V BATT = 12V,V M_PW M = 3.3V,f PWM = 2kHz),充电电流与PWM 占空比,并且占空比提供了 0% 到 82% 的宽范围。(见图 5)。

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图 5:充电电流与 PWM 占空比

当充电电流发生变化时, MP2659不会出现过冲或下冲(见图 6)。此外,该器件还演示了正常的启动和关闭(参见图 7)。

所有测试结果都提供了支持本应用说明中介绍的设计方法有效性的证据。

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图 6:0.5A 和 2.4A 之间的充电电流转换

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图 7:MP2659 开/关应用波形(PWM 占空比 = 50%)

4。结论

充电性能可以通过可调节的充电电流进行优化。应用笔记提出了一种使用 MCU 实时调整 MP2659 充电电流的方法。提供了一个设计示例以及测试结果,以证明这种电流充电方法的有效性。


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