Cypress / Lithiumionen-Batterie
Energiequelle Batterie
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Parameter des A/D-Wandlers
Die Schaltungen der Bilder 4 und 5 können zur Bestimmung von Differenzsignalen einfach verändert werden. Ein unsymmetrisches Signal für die drei Parameter Spannung, Strom und Temperatur wird erzeugt, indem die Masse des Mikrocontrollers von der Masse der Spannungsversorgung getrennt wird.
Der Minuspol der Batterie wird zur Masse des Mikrocontrollers. Die Rückmeldesignale für Spannung, Strom und Temperatur liegen gegen die Masse des Mikrocontrollers an. Auf diese Weise kann ein unsymmetrischer A/D-Wandler verwendet werden. Während die Batterie geladen wird, muss bei Stromrückmeldungen eine positive Offset-Spannung eingebracht werden, da Rückmeldespannungen negativ sind. Die Widerstände R3 und R4 stellen die benötigte Offset-Spannung bereit (Bild 5).
Mit Hilfe von Batteriealgorithmen wird die Regelschleife geschlossen. Ein Prozessor (CPU) nimmt die Werte des A/D-Wandlers für Batteriespannung, Ladestrom und Temperatur auf und steuert damit das PWM-Tastverhältnis entsprechend dem Ladeprofil. Die Samplingrate, mit der die CPU den A/D-Wandler abfragt und das PWM-Signal steuert, hängt vom gewählten Kompromiss zwischen der Reaktionsgeschwindigkeit des Regelkreises und der vorgesehenen CPU-Bandbreite ab.
Parameter des A/D-Wandlers
Die Auflösung und Genauigkeit des A/D-Wandlers sowie die PWM-Auflösung sind wichtige Parameter, die bei der Entwicklung von Batterieladegeräten eine Rolle spielen. Die Auflösung des A/D-Wandlers bestimmt, wie genau die Eingangsspannung (in diesem Fall: Rückmeldespannung) gemessen wird. Die PWM-Auflösung hingegen bestimmt, wie präzise das Tastverhältnis des Ausgangssignals gesteuert wird. Das Tastverhältnis gibt anschließend die Ausgangsspannung des Stromregelkreises vor. Sobald Li-Ionen-Batterien geladen werden, muss die Batteriespannung kontrolliert werden, vor allem ab dem Zeitpunkt, an dem sich der Wert der Batteriespannung an den der Ladeschlussspannung annähert. Die Genauigkeit der Regelung hängt von der Auflösung des A/D-Wandlers, der Messgenauigkeit und der Feinheit ab, mit der das Tastverhältnis variiert wird. Bild 5 zeigt den Schaltkreis eines Ladegeräts mit PSoC-Baustein »CY8C24x23« von Cypress Semiconductor. Der Mikrocontroller hat digitale und analoge Schaltungsblöcke. Zeitkontinuierliche Analogblöcke werden z. B. eingesetzt, um programmierbare Verstärker und Komparatoren zu implementieren. Switched-Capacitor-Analogschaltungen werden u. a. in den Baugruppen Filter, D/A-Wandler oder A/D-Wandler verwendet. Digitale Basisblöcke implementieren PWM, Zähler, Timer oder Puffer. Mit digitalen Kommunikationsblöcken werden verschiedene Kommunikationsschnittstellen, wie SPI, UART, IrDA RX und TX integriert. Außerdem ist ein I2C-Block enthalten, der als Master oder Slave arbeitet.
Mit einer sorgfältig konzipierten Ladeschaltung können sowohl Systemkosten, als auch die Größe der benötigten Batterie reduziert werden. Mikrocontroller wie der CY8C24x23 PSoC ermöglichen solche Ladeschaltungen. (vw)
Über die Autoren:
Puushek Madaan ist Applikationsingenieur im PSoC Application-Team und Rajiv Badiger ist Applikationsingenieur im PSoC 1 Application-Team, beide bei Cypress Semiconductor.
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