Worauf es bei der Auswahl von Lade- und Schutzschaltungen für Lithium-Ionen-Akkumulatoren ankommt

Anbieter zum Thema

ACTRON AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Texas Instruments Deutschland GmbH

Kombinierte Schutz- und Ladefunktion

In dem Fall, dass die Ladefunktion über ein eigenständiges IC realisiert wird, sollten ähnliche Überspannungsschutz- und Strombegrenzungsfunktionen implementiert werden, um das System vor kurzzeitigen Spannungsspitzen auf der Gleichstromversorgungsleitung zu schützen und den Einsatz einfacher, ungeregelter Steckernetzteile zu ermöglichen. Daneben muss das Lade-IC die Ausgangsspannung in der Weise regulieren können, dass die Grenzwerte von Subsystemen nicht überschritten werden. Außerdem muss die Ladelösung Funktionen wie USB-Strombegrenzung und Power Path Management wahrnehmen, um die Einhaltung einschlägiger Normen und einen problemlosen Systemanlauf in allen Betriebszuständen zu gewährleisten. Bild 3 zeigt eine USB-konforme Ladelösung mit integrierter OVP und Eingangsstrombegrenzung.

Stromversorgung lädt gleichzeitig auch den Akku

Heute gängige Lösungen sind imstande, gleichzeitig das System mit Strom zu versorgen und unabhängig davon den Akku aufzuladen. Auf diese Weise kommt es beim Akku zu weniger Lade- und Entladezyklen, der Ladevorgang wird richtig beendet, und das System kann selbst mit defekten Akkus oder ohne Batterie betrieben werden, wie dies bei Produktionstests der Fall ist. Darüber hinaus ist damit selbst bei komplett entladenem Akku ein sofortiger Systemanlauf möglich. Die Überwachung und Begrenzung des Eingangsstroms ist ein wichtiger Aspekt, wenn eine Lösung USB-konform sein soll. In vielen Anwendungsszenarien kann der Strom zum Laden des Akkus und zum Betrieb des Systems von einem Netzadapter oder einem USB-Anschluss kommen.

DPPM verteilt den Quellstrom an System und Akkuladevorgang

Durch ein Dynamic Power Path Management (DPPM) wird der Quellstrom in veränderlichen Anteilen dem System bzw. dem Akkuladevorgang zugeführt. Der Ladestrom wird dabei automatisch reduziert, sobald die Systemlast zunimmt. Erfolgt der Ladevorgang über einen USB-Anschluss, wird der Eingangsstrom durch das Eingangsspannungs-basierte Dynamic Power Management (IDPM) reduziert, falls die Eingangsspannung unter einen festgelegten Schwellenwert sinkt, damit der USB-Anschluss nicht ausfällt. Die Power Path-Architektur sorgt außerdem dafür, dass der Akku „mit einspringt“, wenn der Netzadapter nicht in der Lage ist, die vom System geforderten Spitzenströme zu liefern. Constant-Current Constant-Voltage (CCCV)-Ladeschemas sowie eine Vorbehandlung des Akkus mit Vorladen und Temperaturüberwachung sind hierbei Standard.

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