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剖析多節(jié)鋰電池充電管理方案-TPS54201在掃地機器人的應用

電子設計 ? 來源:電子設計 ? 作者:電子設計 ? 2022-01-19 15:49 ? 次閱讀

Other Parts Discussed in Post: TPS54201

作者: Stone Zeng (South China Mass Market)

隨著智能家居的流行,掃地機器人成為了年輕的都市白領(lǐng)的新寵,已經(jīng)晉升為家庭必備家電三小件之一。 掃地機器人不僅可以完成瑣碎的掃地工作,還可以自動回充,通常使用4節(jié)鋰電池串聯(lián)供電。目前市面上掃地機的充電管理大多采用分立方案實現(xiàn),如圖1所示,MCU實時采樣電池的充電電壓和充電電流,輸出PWM經(jīng)電平轉(zhuǎn)換控制MOS實現(xiàn)閉環(huán)控制。由于MCU資源有限,開關(guān)頻率通常在50K赫茲以下,外圍器件多且功率電感體積大,此外,分立方案沒有過流,短路保護功能。

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圖1 分立方案VS TPS54201-鋰電池充電管理

TPS54201 是一款輸入電壓范圍為 4.5V 至 28V 的 1.5A 恒流驅(qū)動器,通過控制PWM 引腳調(diào)節(jié)電流。在SOT23-6封裝內(nèi)集成 150mΩ 和 70mΩ MOSFET,可實現(xiàn)高達95%的轉(zhuǎn)換效率。如圖2 所示,通過MCU采樣電池電壓,輸出PWM控制TPS54201的充電電流,僅需4.7uH電感和極少的外圍元件就可以組成一個完整的鋰電池充電管理方案。 充電電流可達1.5A,支持1~6節(jié)鋰離子電池,同時也支持磷酸鐵鋰電池。與分立方案相比,TPS54201充電方案不再需要電平轉(zhuǎn)換電路,電流采樣電路,MOS管和整流二極管,同時集成了過流短路保護功能。

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圖2 基于TPS54201多節(jié)鋰電池充電方案

為了更好的保護鋰電池,一般要求充電過程按涓流充電(低壓預充)、恒流充電、恒壓充電以及充電截至四個階段。圖3是TPS54201的充電管理流程圖,以四節(jié)鋰電池為例,當適配器插入后,初始的PWM占空比D_PWM=0,當MCU 檢測到電池電壓小于12.8V, 設定D_PWM=10%, 進入預充階段,此時的充電電流是額定電流的10%。當電池電壓上升并達到12.8V后,設定D_PWM=100%,進入恒流充電階段,充電電流上升至額定電流。隨著充電電壓上升并達到額定電壓16.8V時,進入恒壓充電階段,以1%為步長(step),逐步減少D_PWM,保持電池電壓接近額定電壓16.8V。最后D_PWM減少至10%時,充電電流等于截至電流(通常為10%的額定充電電流),設定D_PWM=0%, 充電截至。

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圖3 TPS54201充電管理流程圖

總的來說,TPS54201充電方案外圍器件少,控制邏輯簡單,集成過流和短路保護,最高支持6節(jié)電池及1.5A充電電流,非常適合在掃地機中應用,也適用于其他成本敏感型應用。

審核編輯:金巧

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