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升降压型电池充电控制器能够满足日益增长的电源需求

作者： Pete Bartolik 2024-04-09

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越来越依赖功能更强大的电池供电设备，导致产品设计人员不得不为每种所需的应用构建不同的电池充电器。Texas Instruments (TI) 通过升降压型电池充电控制器提供了一条更有效的充电方法，可在较宽的电压范围内为高功率密度电池充电。通过 USB 功率输送 (USB PD) 扩展功率 (EPR) 标准应用，该器件还可进行双向充电配置。

设计人员无需为每种应用单独开发电池充电器，而是可采用具有宽电压输入 (V_IN) 和电压输出 (V_OUT) 的 IT BQ25756（图 1）电池充电器集成电路 (IC)，创建可用于不同输入适配器和电池配置的通用型充电器解决方案。设计人员无需为 36 V 电动自行车电池和 48 V 电池分别设计充电器，而是可以为这两种型号开发一种通用型电池充电器，以减少设计迭代并降低成本。

图 1：exas Instruments 的 BQ25756 双向升降压电池充电控制器。（图片来源： Texas Instruments）

设计人员可利用 BQ25756 可定制型板载充电配置文件来满足每种电池的特定需求，具体包括高电池数、高工作电压和多种电池化学性质。他们可以轻松过渡到为下一代电气化产品充电，并为智能手机、电钻、电动自行车、便携式充电器和太阳能板等各种应用提供最佳充电体验。

开关模式升降压控制器的输入电压工作范围为 4.2 V 至 70 V，可支持锂离子、聚合物锂离子或 LiFePO₄ 电池的多种化学成分。对于锂离子和 LiFePO₄ 化学电池，该器件可检查电池电压，并在不同阶段为电池充电：涓流充电、预充电、恒流 (CC) 充电和恒压 (CV) 充电。BQ25756 可为 1 至 14 芯锂离子电池充电或 1 至 16 芯 LiFePO₄ 电池充电。

在反向模式下，该器件从电池汲取电能并调节输入端电压，同时增加了一个恒流环路以提供保护，从而支持 USB-PD EPR 电源配置文件。USB PD EPR 使得应用开发成为可能，在这种应用中，电池组可作为其他设备的充电电源，而其他设备的充电曲线是可变的，例如电动割草机电池可为消费类无绳吸尘器充电。

当 Apple 于 2023 年宣布将在 iPhone 15 机型上采用 USB-C 电源和数据连接器时，USB-C 电源和数据连接器获得了相当大的市场渗透率。欧盟委员会规定，在 2024 年底之前，新的移动设备（如手机、平板电脑，甚至键盘和耳机）只能使用 USB-C 适配器。

许多设备和充电系统都是按照早期的 USB PD 规范设计的，该规范支持高达 100 W 的功率需求。这被认为是 USB 的标准功率范围 (SPR)，而 EPR 可支持高达 240 W 的功率。虽然 TI BQ25756 可支持 USB-C PD 以外的应用，但是这一不断普及的规范的开发潜力太令人振奋不已。

设计人员在设想更加通用的充电器时，仍必须考虑不同设备所依赖的电池在电池芯数和电压要求上存在很大差异这一现实。这正是 TI 的升降压电池充电控制器发挥重要作用的地方。

当设备充电时，如果源电压高于电池电压，升降压型电池充电器可对源电压进行降压；如果源电压低于电池电压，则对源电压进行升压。BQ25756 实现了在宽电压范围内进行高效充电，具有高精度、0.5% 充电电压调节和 ±0.3% 充电电流调节能力。该器件在 I²C 主机控制充电模式下工作，并通过电阻可编程限值支持独立充电模式。

TI 控制器还具有用于太阳能充电的自动最大功率点跟踪 (MPPT) 功能，可确保太阳能板发挥最佳性能。采用 MPPT 算法的电池充电器可在不同日照条件下自动找到太阳能板的最大功率点 (MPP)。TI 的升降压型电池充电器控制器的宽 V_IN 和 V_OUT 范围可支持各种不同的太阳能板输出电压值。