上一篇文章介紹了支持三段式鋰電池充電電路,使用上海如韻電子CN3791芯片的MPPT功能提高了鋰電池充電過程中的能量轉換效率,帶來了鋰電池快速蓄電。這篇文章咋們來看看如何將鋰電池電壓轉化成支持多種快充協(xié)議的電壓。
單節(jié)鋰電池的最高電圧為4.2V但是手機最長用的充電電壓為5V,有些支持快充的手機充電電壓可以達到9V,12V。 所以在項目中就需要使用到升壓電路,將低電壓升到滿足手機充電的電壓。
如圖所示,為BOOST升壓拓撲結構,當開關管導通時,二極管截止,電流經(jīng)過電感,開關管回到地。 在這個過程中電感存儲磁場。 當開關管不導通時,此時二極管導通,由于電感電流不能突變,產(chǎn)生感應電動勢并且與輸入電壓進行疊加,電流經(jīng)過二極管給輸出電容和負載進行供電,在這種條件下,輸出電壓Vout總是大于輸入電壓,其輸出電壓可通過下面的式子進行計算,式子中D為控制信號占空比。
在BOOST電路中我使用了TI的升壓解決方案,使用了一片同步整流升壓芯片TPS61088。 該芯片輸入電壓最低為2.7V,輸出電壓最高可達到12.6V,具有10A開關電流能力,電源轉換效率高。 在該該項目中完全可以滿足快充協(xié)議的電壓電流需求。
下面我們來通過一個表格說下芯片的這些引腳的功能:
EN | TPS61088芯片使能引腳,可通過單片機控制,不充電時可將芯片失能。 |
COMP | 環(huán)路補償引腳。 |
ILIM | 開關峰值電流保護設置引腳 |
SS | 使用外部電容設置軟啟動時間。(軟啟動電路后文介紹) |
MODE | 在輕載時可以選擇PFM和PWM工作模式 |
FSW | 使用外部電阻可以設置開關頻率 |
BOOT | 高端MOS管驅動引腳。 |
FB | 電阻反饋網(wǎng)絡,用于設置輸出電壓 |
這些引腳的阻容計算公式,在芯片手冊中都可以進行查找到,這里就不進行過多的闡述。 下面我們來看看軟啟動電路。
電路設計中難免會使用到電容器,比如在單片機電源引腳處會看到0.1uf的電容。 電源電路中會看到電解電容,這些電容能夠起到穩(wěn)定電源電壓,濾除高頻干擾的作用。
然而電源輸入電路中大量使用電容會帶來電路設計的難題,在上電瞬間由于電容電壓不能激變,電容兩端電壓呈指數(shù)緩慢上升,同時我們都知道,電容器電流相位超前電壓90度。 在上電瞬間電容相當于短路此時電路中電流非常大,會形成浪涌電流,在重載應用場景時上電瞬間會出現(xiàn)打火現(xiàn)象。
為了解決上述問題,電源軟啟動電路就出現(xiàn)了,該電路的作用就是在電路上電瞬間抑制浪涌電流,上電時電路切換到高阻抗狀態(tài)使用小電流給電容充電,當電容電壓達到一定值時,此時電容就顯現(xiàn)出其自身的容抗特性,此時電路切換到低阻抗狀態(tài),此時電路正常工作。
電源軟啟動原理如下圖所示,當上電時MOS關閉,此時電流經(jīng)過100Ω電阻向電容充電,當電容有一定電壓后控制信號控制MOS管導通,此時電阻被短路電路切換到低阻抗狀態(tài)正常工作。 (這個電路僅僅為原理,實際控制電路會比這個復雜很多,電源軟啟動電路我會在電機驅動器項目中詳細介紹)
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