gesponsertAkkuladeschaltungen 55-V-Buck-Boost-Power-Manager und -Akkulader für verschiedene Batterietechnologien

Immer häufiger kommt es vor, dass die Eingangsspannung je nach Situation kleiner oder größer als die Systemspannung ist oder sich kaum von ihr unterscheiden. Zum Laden von Akkus und zur Versorgung der Systemverbraucher sind hier effiziente Buck-Boost-Schaltungen gefragt.

Akkuladeschaltungen müssen unterschiedliche Batterietechnologien unterstützen und mit einem großen Bereich von Eingangsspannungen, Beispielsweise von Solarpanels, zurechtkommen. Immer häufiger kommt es vor, dass die Eingangsspannung kleiner oder auch größer als die Nennspannung des zu ladenden Akkus sein kann, sodass die Ladeschaltung in der Lage sein muss, als Abwärts- und als Aufwärtswandler zu arbeiten.

Der Baustein des Typs LTC4020, ein Buck-Boost-Power-Manager und -Akkulader für verschiedene Batterietechnologien, ist für einen großen Eingangsspannungsbereich von 4,5 V bis 55 V geeignet. Sein Buck-Boost-Gleichspannungswandler unterstützt Systemspannungen, die kleiner oder größer als die Eingangsspannung oder aber mit ihr identisch sein können.

Die Ladeschaltung lässt sich problemlos für unterschiedliche Batterietechnologien optimieren. Zum Beispiel kann sie bei Batterien auf Lithiumbasis nach einem Konstantstrom-/Konstantspannungs-Ladealgorithmus (CC/CV) mit C/10- oder zeitgesteuerter Beendigung des Ladevorgangs arbeiten, eine Konstantstrom-Charakteristik (CC) mit zeitgesteuertem Ladeende aktivieren oder ein optimiertes, dreistufiges Blei-Säure-Ladeprofil mit vier Schritten anwenden.

6,3-A-Ladeschaltung für 25,2 V Batteriespannung

Bild 1 zeigt einen 25,2 V/6,3 A Buck-Boost-Akkulader mit einem Eingangsspannungsbereich von 15 V bis 55 V. Dieser verfügt über einen hocheffizienten synchronen Buck-Boost-Gleichspannungswandler mit vier Schaltern (M2 - M5), der mit nur einer Induktivität (L1) auskommt.

Die proprietäre Average Current Mode-Architektur dieser Schaltung überwacht den Spulenstrom mithilfe der beiden Messwiderstände R_CBRT1 und R_CBRB1. Wenn V_IN bei dieser Buck-Boost-Lösung größer ist als V_OUT, arbeitet der Wandler im Buck-Modus (Abwärtswandler). Ist V_IN dagegen kleiner als V_OUT, ist der Boost-Modus (Aufwärtswandler) aktiv. Unterscheidet sich V_IN nur wenig von V_OUT, ist der Wandler für den Buck-Boost-Modus mit vier Schaltern konfiguriert.

Die Schaltung arbeitet mit einer konstanten Schaltfrequenz, die sich mithilfe eines Widerstands in einem Bereich von 50 kHz bis 500 kHz programmieren lässt (z. B. 250 kHz mit R13 = 100 kΩ). Die in Bild 1 gezeigte Lösung kann den angeschlossenen Verbraucher mit bis zu 8 A versorgen (V_OUT = 25,2 V). Wie Bild 2 zeigt, kann der Wirkungsgrad (bei I_OUT = 8 A und V_IN = 24 V) mehr als 98 % betragen.

Der LTC4020 nutzt einen am Pin BAT angeschlossenen externen Widerstandsteiler zum Programmieren der Batteriespannung mithilfe des Pins V_FB. Der PowerPath™-FET (M1) ist im normalen Ladebetrieb eingeschaltet und schafft damit eine niederohmige Verbindung zwischen dem Akku und dem Ausgang des Buck-Boost-Wandlers, falls dies möglich ist. Der in den Akku fließende Ladestrom wird mithilfe des Messwiderstands R_CBAT1 überwacht. Der maximale durchschnittliche Akkuladestrom lässt sich durch die Wahl des Widerstandswerts für R_CBAT1 einfach programmieren. Über den Pin RNG/SS kann außerdem die dynamische Strombegrenzung eingestellt werden.

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