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Power Management Solutions da Freescale: Caricabatterie

Power Management Solutions da Freescale: Caricabatterie

I dispositivi Power Management Solutions della Freescale contribuiscono a prolungare la durata della batteria, consentendo così agli utenti di utilizzare i loro dispositivi per periodi più lunghi tra una ricarica e l'altra. Il portfoglio di Power Management Solution ha un deciso vantaggio in applicazioni high-end. Le Power Management Solutions supportano prodotti come ad esempio: telefonini, portatili ecc.

L'aumento esponenziale delle periferiche portatili negli ultimi 10-15 anni ha guidato numerose compagnie alla ricerca (con successo) di guadagni in questa fascia di mercato. Svariate soluzioni per utenza ("power mangement solutions") vengono oggi alimentati attraverso accumulatori, dagli onnipresenti telefoni cellulari fino ai media players, console di gioco portatili, e sistemi di navigazione (e questo solo per accennare alcune categorie), "portatile" significa leggero, a basso consumo ed ovviamente significa dover caricare spesso batterie ed accumulatori.

Il caricamento degli accumulatori non è difficile, ma poter eseguire questa operazione in maniera efficiente, con piccoli circuiti che forniscano supporto a vari tipi di batterie e modalità di caricamento, rappresenta una sfida di progettazione accettata solo da poche compagnie che producono semiconduttori, ed una di queste è Freescale.

Se desideri maggiori informazioni su questo prodotto Freescale, invia una richiesta ad Arrow utilizzando il seguente modulo.

Power Management Solutions da Freescale

Tra le periferiche portatili, le più numerose sono i telefoni cellulari. La maggior parte di essi posseggono accumulatori Li-ion o Li-polymer e Freescale produce un ampio numero di circuiti IC caricabatterie dedicati al supporto di ogni fase di un ciclo di carica completo. Generalmente parlando la carica di un telefono cellulare viene effettuata prendendo energia da:

  • una presa nel muro
  • una porta USB del computer
  • l'uscita a 12V di un veicolo
power management solutions: caricabetterie

Lo scopo del circuito IC di carica è di prendere l'energia proveniente da questo ampio numero di sorgenti e di inviare questa energia in maniera controllata alla batteria. Maniera controllata significa che l'IC deve essere in grado di operare in tutte le modalità necessarie di carica di una batteria per periferiche portatili: modalità trickle, modalità a corrente costante (CC) ed a voltaggio costante (CV). Come si può notare nello schema a blocchi che trovate sotto (lo schema riguarda la famiglia MC3467x di caricabatterie della Freescale), il cuore di questo tipo di caricabatterie è un transistor che è collegato con un controllo sofisticato e circuiterie di feedback:

MC3467x di caricabatterie della Freescale

I caricabatterie MC3467x possono sopportare un input massimo di 28V (con protezione in caso di sovraccarico di tensione) e minimo di 2.6V; posseggono anche protezioni in caso di sovraccarico di corrente, assieme ad una funzione di thermal foldback (con fino a 0.7% di accuratezza della tensione) che aumenta la "vita" della batteria ed assicura il ciclo completo di carica della batteria, massimizzando quindi l'operatività della periferica portatile. Tutte queste funzioni sono stipate in un package termico avanzato a 8 porte UDFN di dimensioni 2mmx3mmx0.65mm. Per poter minimizzare il costo del PCB, ogni altro componente richiesto è stato aggiunto all'interno dell'IC incluso il transistor FET di carica, i diodi ed i sensori resistori.

Anche se le batterie sembrano semplici a chiunque, caricarle non è un processo poi così ovvio come può sembrare. Per massimizzare la vita della batteria e prevenire danni fisici dovuti a surriscaldamento, deve essere utilizzato un ciclo di carica preciso per esaurire completamente le batterie ed i caricabatterie della Freescale forniscono esattamente tutto il necessario. La logica di controllo inserita nel piccolo package della famiglia MC3467x assicura un diagramma minimo del circuito per lo sviluppatore hardware, permettendo di creare un caricabatterie come unità standalone, senza nessun microcontrollore o processore di supervisione:

Sotto potete vedere il ciclo di carica completo, con i tre stati che devono essere controllati dal circuito: la modalità trickle, la modalità CC e CV:

La corrente di carica è evidenziata (in nero) come anche la tensione della batteria (in rosa). Nel diagramma è inoltre possibile trovare gli stati dei due pin del caricabatterie, /CHG e /FAST, che indicano lo stato del ciclo di carica.

All'inizio, quando la batteria è totalmente scarica, deve essere caricata con una corrente di "trickle" che è molto più bassa della normale corrente di carica della batteria.

Nel caso della famiglia MC3467x, il valore di corrente è prefissato al 20% della normale corrente di carica che viene utilizzata nel passo successivo. La corrente di trickle viene fornita alla batteria Li-ion o Li-polymer finché essa raggiunge la tensione di 2.7V.

La soglia è rilevata dal caricabatterie (che segnala gli eventi settando lo stato dei pin /FAST e /LOW), e da questo momento il chip controllerà la corrente di carica al suo valore nominale di corrente costante. In caso di questi tipi di circuiti integrati Freescale, il valore di corrente costante viene impostato con l'aiuto di una resistenza esterna, che fornisce flessibilità al design. Utilizzando il resistore (R_ISET), la corrente necessaria all'MC34671 può essere impostata a 600mA, per l'MC34673 fino a 1.2A e per l'MC34675 fino a 1A.

Quando la tensione della batteria raggiunge 4.2V, l'MC3467x commuta in modalità CV, e regola non tanto la corrente che attraversa il suo FET ma piuttosto la sua tensione di output. Questa è impostata a 4.2V e la corrente di carica diminuisce gradualmente finchè raggiunge la soglia chiamata EOF (End Of Charge). Questa soglia è predefinita al 10% del valore della corrente nominale utilizzata nella fase precedente. Quando si raggiunge questo passo, il pin /CHG del caricabatterie viene settato alto, così da indicare ad un potenziale controller il fatto che la carica della batteria è stata completata. Anche se la carica della batteria è completa, il caricabatterie continua a monitorare lo stato della batteria. Così, se una situazione di caricamento avviene in parallelo alla batteria, sarà il caricabatterie a fornire la corrente necessaria e non la batteria stessa. Nel caso in cui la corrente richiesta dovesse eccedere il valore di corrente costante settato con il resistore esterno, la batteria dovrà fornire la corrente aggiuntiva. Nel caso in cui la tensione della batteria subisca un caduta sotto ad uno specifico "livello di carica" il caricabatterie ritornerà alla sua corrente di carica, indicata dal pin /CHG.

Considerando queste fasi di carica successive, il caricabatterie può essere considerato come una macchina a stati, la cui funzione è governata dal seguente diagramma (risulta utile quando si vuole incorporarlo in una simulazione funzionale di un prodotto finale):

Un aspetto importante dei caricabatterie a IC è l'accuratezza. Freescale eccelle in questo campo, offrendo con la sua famiglia MC467x:

  • +/-0.7% di accuratezza sulla tensione di output tra -20° C e +70° C
  • +/-0.4% di accuratezza sulla tensione di output a temperatura ambiente
  • +/-6% di accuratezza della corrente di carica tra 0° C e +85° C (+/-5% per il MC34671)

In più, l'MC34675 offre un aggiuntivo -40°C fino a +85°C per il +/-0.7% di accuratezza della tensione di uscita e, cosa più interessante, incorpora un regolatore di tensione lineare da 4.85V/10mA che può essere usato per alimentare solo alcune parti del circuito (un transceiver USB, per esempio). L'uscita del regolatore lineare viene abilitata quando la tensione di input è sopra la soglia di PowerOnReset ma sotto a quella di OvervoltageProtection. Esso è indipendente e non è connesso a nessun altro segnale del caricabatterie.

Il livello elevato delle soluzioni Power Management consente ai progettisti di ottimizzare e differenziare i loro prodotti.

Source: Power Management Solutions

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Leggi la versione inglese: Power Management Solutions from Freescale: Battery Chargers

 

 

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