Lade-ICs müssen mehreren Trends gerecht werden
Auch höhere Akku-Kapazitäten aus vielfältigen Quellen laden
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Mehrfache Eingangsquellen, auch solche mit mehr als 30 V
Das Managen der beiden Eingänge (z.B. USB und Netzteil) reicht für viele Anwendungen von portablen Geräten aus, zum Beispiel bei Tablet-PCs oder Barcode-Scannern im industriellen Einsatz. Die Entwickler von portablen Geräten suchen jedoch häufig nach Wegen, die Batterie aus beliebigen verfügbaren Quellen zu laden.
Es gibt immerhin verschiedene Gründe für die Anwender, Batterien aus unterschiedlichen Eingangsquellen zu laden. Einige Applikationen müssen völlig unabhängig vom Stromnetz sein, weshalb man Solarzellen für die Stromversorgung in Betracht zieht. Andere Anwendungen erfordern den Komfort, aus einem Netzteil oder einer Autobatterie eine Hochspannungsversorgung für industrielle oder Telekom-Anwendungen zur Verfügung zu stellen.
Welcher auch immer der Grund ist, diese Anforderungen sind eine große Herausforderung für das Batterieladesystem. Die meisten Batterieladebausteine nutzen eine Abwärtswandler-Architektur (sowohl Schaltregler als auch lineare Regler), um die Batterie aus einer Quelle zu laden, deren Spannung höher ist als die maximale Batteriespannung. Bisherige Ladegeräte waren zudem üblicherweise auf Eingangsspannungen von rund 30 V beschränkt. Diese Begrenzung verhinderte jedoch, dass Entwickler eine Stromversorgung für Telekommunikationsgeräte oder ein Solarpanel mit 42 V Leerlaufspannung als mögliche Spannungsquelle betrachteten. In einigen Fällen variiert der Spannungsbereich der gewünschten Stromversorgung oberhalb und unterhalb der Batteriespannung. Um für diese Anforderung eine Lösung zu entwickeln, erfordert es üblicherweise eine Kombination von sehr präzisen Messverstärkern, ADCs, einem Mikroprozessor, um die Ladung zu steuern, einem Hochleistungs-DC/DC-Wandler und Ideale-Dioden- oder Multiplexer-Schaltungen.
Leistungsfähige Ladelösung mit unerreichter Flexibilität
In solchen Fällen ist eine besonders flexible Ladeschaltung gefragt. Der LTC4000 von Linear Technology ist ein Beispiel für moderne Bausteine, die diese Flexibilität ermöglichen. Er wandelt jede extern kompensierte DC/DC-Stromversorgung in einen kompletten Batterielader mit PowerPath-Steuerung. Typische DC/DC-Wandler-Topologien, die vom LTC4000 betrieben werden können sind, sind jedoch nicht begrenzt auf Abwärts-, Aufwärts-, Abwärts/Aufwärts-, SEPIC- und Sperrwandler. Der Baustein bietet eine präzise Regelung des Eingangs- und Ladestroms und arbeitet in einem weiten Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich von jeweils 3 V bis 60 V. Dies ermöglicht die Kompatibilität mit einer Vielzahl von Eingangsspannungsquellen, Batteriegrößen und chemischen Zusammensetzungen. Typische Anwendungen sind wegen der universellen Konfiguration des Bausteins weit gestreut und schließen Batterieladesysteme mit hoher Leistung, portable Hochleistungsgeräte, Batterie-Backup-Systeme, batteriebetriebene Industrieausrüstungen und Notebook/Sub-Notebook-Computer mit ein.
Die Hochspannungsfähigkeit des LTC4000 erlaubt es, zusätzlich zur Tatsache, dass er mit vielen unterschiedlichen DC/DC-Topologien kombiniert werden kann, ein leistungsstarkes Batterieladesystem mit praktisch beliebiger Eingangsversorgung aufzubauen (siehe auch die Darstellungen der 5-A-Ladeschaltung und deren Wandlereffizienz).
Um sicherzustellen, dass Strom von diesen Eingängen zu der geeigneten Last fließt, enthält der LTC4000 eine intelligente PowerPath-Topologie, die bevorzugt Strom an die Systemlast liefert, wenn die Leistung der Eingangsversorgung eingeschränkt ist. Der LTC4000 steuert externe PFETs, um einen verlustarmen Verpolschutz, das Laden und Entladen der Batterie mit geringen Verlusten sowie den Sofort-Ein-Betrieb zu ermöglichen. Das stellt sicher, dass Leistung für das System am Plug-In bereit ist, selbst wenn die Batterie defekt oder tief entladen ist. Externe Messwiderstände liefern Informationen über Eingangsstrom und Batterieladezustand, was es dem LTC4000 erlaubt, mit Wandlern zu arbeiten, die den Leistungsbereich von wenigen Milliwatt bis zu mehreren Kilowatt überdecken.
Der vollständige Batterieladekontroller des LTC4000 lädt eine Vielzahl von Batterien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen, einschließlich Lithium-Ionen/Polymer/Phosphat, gekapselte Bleisäure (SLA) und Nickel. Der Batterieladebaustein enthält ebenfalls eine genaue Strommessung, die mit einer geringeren Messspannung in Hochstromapplikationen auskommt. Der LTC4000 schafft so ein leistungsstarkes Ladesystem aus praktisch jeder Eingangsquelle mit einer bisher unerreichten Leistungsfähigkeit und Flexibilität.
- Auch höhere Akku-Kapazitäten aus vielfältigen Quellen laden
- Leistungsbeschränkungen von Portablen Geräten mit nur einer Batterie aufheben
- Mehrfache Eingangsquellen, auch solche mit mehr als 30 V
