Высоковольтное зарядное устройство: Высоковольтные источники питания для ИПБ купить недорого в Москве

Audi A3 e-tron — неправомерные записи в БУ высоковольтного зарядного устройства, диаг. адрес С6, TPI 2039604/2

FAQ

VW

Audi

Skoda

Seat

Записи регистратора событий

Описание неисправности

Рекламация клиента отсутствует.

При опросе регистратора событий установлено, что в блоке управления высоковольтного зарядного устройства (диагностический адрес С6) сохранено одно из следующих событий:

1.)

2. )

Клиент не предъявляет рекламации по зарядке высоковольтной батареи через высоковольтный разъём зарядки.

Техническое обоснование

Отклонение ПО «С6 — блока управления высоковольтного зарядного устройства», не оказывающее влияние на функционирование.

Решение в условиях производства

Обновлённая версия ПО находится в стадии разработки.

Решение в условиях сервиса

При отсутствии рекламации клиента по зарядке высоковольтной батареи необходимость выполнения каких-либо работ отсутствует.

Событие следует проигнорировать и удалить.

Вернуться к списку TPI

Решение технических проблем

Как здесь найти нужную информацию?

Расшифровка заводской комплектации автомобиля (англ.)

Расшифровка заводской комплектации VAG на русском!

Диагностика Фольксваген, Ауди, Шкода, Сеат, коды ошибок.

Если вы не нашли информацию по своему автомобилю — посмотрите ее на автомобили построенные на платформе вашего авто.

С большой долей вероятности информация по ремонту и обслуживанию подойдет и для Вашего авто.

Испытательное оборудование — АО «НПО ВЭИ Электроизоляция»

Наша компания изготавливает и поставляет Комплект испытательного оборудования, предназначенный для использования в синтетической схеме при испытаниях выключателей переменного тока высокого напряжения на включающую способность. В комбинации с другим оборудованием испытательной лаборатории позволяет реализовать синтетическую испытательную цепь, в которой в соответствии с публикацией МЭК (IEC 62271-101- «Высоковольтное распредустройство и устройство управления. Синтетические испытания») используются источник переменного тока и источник постоянного напряжения.

Оборудование поставляется в двух вариантах исполнения.

Вариант 1.

Оборудование предназначено для испытания выключателей на номинальные напряжения 100-362 кВ.

Состав комплекта:

Включающее устройство (один модуль).

Зарядное устройство (300 кВ) с зарядным резистором и пультом управления

Технические данные одного модуля Включающего устройства

1. Напряжение заряда главных конденсаторов модуля – 60-300 кВ.
2. Номинальный ток включения – 16-80 кA.
3. Пик тока включения – до 200 кA.
4. Максимальная длительность тока включения, протекающего через Включающее устройство:

– при действующем значении тока ≤ 40 кА и пике ≤ 100 кА –                                   30 мс

– при действующем значении тока ≤ 63 кА и пике ≤ 160 кА –                                    20 мс

– при действующем значении тока ≤ 80 кА и пике ≤ 200 кА –                                   10 мс

5. Время запаздывания (не более) 10 мкс.
6. Включающее устройство может выдержать без замены электродов не менее 70 операций включения при токе 80 кА (действующее значение переменной составляющей) и пике тока 200 кА и не менее 100 операций включения при токе 63 кА и менее при соответственно уменьшенном пике тока. Число операций включения с апериодической составляющей тока не должно превышать 20%.

Примечание: при пике тока включения ³100 кА, Включающее Устройство должно быть дополнительно закреплено жесткими изоляционными элементами в местах выводов (например,стеклопластиковыми стержнями).

7. Габариты модуля – 1.5 * 3 * 4.4 (h) м
8. Масса (около) – 720 кг.

Внешний вид одного модуля Включающего устройства.

1 – spark gap unit / блок искровых промежутков;

2 – main capacitors / главные конденсаторы;

3 – non-linear reactors / нелинейные реакторы;

4 – terminals / выводы;

5 – insulating rods / изолирующие опоры;

6 – capacitors / конденсаторы;

7 – frame with wheels / рама с колесами.

Технические данные Зарядного устройства

1. Максимальное напряжение постоянного тока (отрицательное) – 300 кВ
2. Максимальный ток – 7 мА
3. Источник питания (однофазный, 50/60 Гц)

– напряжение –                                                                                                       220±22 В

– мощность –                                                                                                          3 кВА.

4. Габариты:

выпрямитель –                                                                                        0.95 * 0.95 * 2.8 (h) м

пульт управления –                                                                                0.35 * 0.22 * 0.42(h)м

зарядный резистор –                                                                              Æ 0.07 * 2,6 м

5. Масса (не более)

выпрямитель –                                                                                       400 кг

пульт управления –                                                                               20 кг

зарядный резистор –                                                                             15 кг

Вариант 2.

Оборудование предназначено для испытания выключателей на номинальные напряжения 100-550 кВ.

Состав комплекта:

Включающее устройство (два модуля).

Зарядное устройство (450 кВ) с зарядным резистором и пультом управления.

Технические данные двух (включенных последовательно) модулей Включающего устройства

1. Напряжение заряда главных конденсаторов модулей – 60-420 кВ.
2. Номинальный ток включения – 16-80 кA.
3. Пик тока включения – до 200 кA.
4. Максимальная длительность тока включения, протекающего через Включающее устройство:

– при действующем значении тока ≤ 40 кА и пике ≤ 100 кА –                                   30 мс

– при действующем значении тока ≤ 63 кА и пике ≤ 160 кА –                                   20 мс

– при действующем значении тока ≤ 80 кА и пике ≤ 200 кА –                                   10 мс

5. Время запаздывания (не более) 10 мкс.
6. Включающее устройство может выдержать без замены электродов не менее 70 операций включения при токе 80 кА (действующее значение переменной составляющей) и пике тока 200 кА и не менее 100 операций включения при токе 63 кА и менее при соответственно уменьшенном пике тока. Число операций включения с апериодической составляющей тока не должно превышать 20%.

Примечание: при пике тока включения ³100 кА, Включающее Устройство должно быть дополнительно закреплено жесткими изоляционными элементами в местах выводов (например,стеклопластиковыми стержнями).

Внешний вид двух, последовательно включенных модулей Включающего устройства.

1 – spark gap unit / блок искровых промежутков;

2 – main capacitors / главные конденсаторы;

3 – non-linear reactors / нелинейные реакторы;

4 – terminals / выводы;

5 – insulating rods / изолирующие опоры;

6 – capacitors / конденсаторы;

7 – frame with wheels / рама с колесами.

Технические данные Зарядного устройства

1. Максимальное напряжение постоянного тока (отрицательное) – 450 кВ
2. Максимальный ток – 5 мА
3. Источник питания (однофазный, 50/60 Гц)

– напряжение –                                                                                                       220±22 В

– мощность –                                                                                                          3 кВА.

4. Габариты:

выпрямитель –                                                                                        0.95 * 0.95 * 3.2(h) м

пульт управления –                                                                                0.35 * 0.22 * 0.42(h)м

зарядный резистор –                                                                              Æ 0.07 * 2,6 м

5. Масса (не более)

выпрямитель –                                                                                       420 кг

пульт управления –                                                                               20 кг

зарядный резистор –                                                                             15 кг

Схема синтетических испытаний с применением Включающего устройства

Synthetic making circuit.

CS    –   current source

VS    –   charge voltage source

TB    – test circuit-breaker

MD   – Making Device

G       – surge generator

T       – transformer

GMS –  generator make switch

CD     – charging device

CR     – charging resistor

CP      – control panel

MS     – make switch

C_a, C_d – capacitors

R_d          – resistor

IC       – initial transient making circuit (if required)

VD1, VD2  – voltage dividers

S        – current shunt.

Зарядное устройство для высоковольтных и сильноточных батарей работает со всеми топологиями преобразователей, любой конфигурацией батарей

по
Эко Лисуванди

Скачать PDF

Рынок перезаряжаемых батарей для бытовой электроники достиг уровня стабильной зрелости, когда разработка зарядного устройства требует немного больше усилий, чем добавление в конструкцию специальной микросхемы зарядного устройства. Это связано с тем, что батареи в бытовой электронике соответствуют проверенным стандартам с популярными конфигурациями, плавающими напряжениями, зарядными токами, выходными напряжениями и алгоритмами зарядки. Тем не менее, существует постоянно растущий спрос на батареи, которые не подходят для этих стандартных форм. Большая часть этого спроса обусловлена ​​экологическими инициативами в промышленности в сочетании с общим переходом на портативное оборудование в медицине и других специализированных областях.

Микросхемы специализированных зарядных устройств не поспевают за стремительным ростом разнообразия приложений. Растущее разнообразие аккумуляторных установок просто слишком велико: от киловаттных вилочных погрузчиков для помещений и изолированного медицинского оборудования до промышленных датчиков микромощности, собирающих энергию. Многие приложения имеют уникальные требования к оптимальному накоплению энергии, которые не могут быть удовлетворены с помощью существующих ИС зарядных устройств.

Например, на рынке нет специализированных ИС для зарядных устройств, которые могут заряжать аккумуляторные блоки с плавающим напряжением 30 В или выше, обеспечивать зарядный ток 10 А и поддерживать эффективную зарядку в топологии buck-boost, boost или flyback. В результате разработчики обратились к относительно громоздким решениям на основе дискретных компонентов, по сути, вернувшись в темные века интегральных схем, предшествующих зарядным устройствам. Хотя дискретные решения могут удовлетворить многие требования к зарядным устройствам, они не могут сравниться с простотой использования и компактностью специализированных ИС зарядных устройств. Разработчикам требуется решение, которое сочетает в себе простоту специализированной ИС зарядного устройства с универсальностью решений на основе дискретных компонентов.

Зарядное устройство

Linear LTC4000 заполняет пробел между приложениями, поддерживаемыми простыми в использовании специализированными микросхемами зарядного устройства, и приложениями, для которых в противном случае потребовались бы сложные дискретные решения. LTC4000 сохраняет простоту специализированного зарядного устройства с одной микросхемой, но использует модель с двумя микросхемами, чтобы соответствовать универсальности дискретных решений. Он может работать в паре с любой топологией преобразователя постоянного/постоянного или переменного/постоянного тока, включая, помимо прочего, понижающий, повышающий, повышающе-понижающий, SEPIC и обратноходовой.

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles /high-voltage-high-current-battery-charger-works-with-all-converter-topologies/ltc4000. png?w=435 ‘ alt=’LTC4000’& амп;gt;

LTC4000 берет на себя работу по зарядке аккумуляторов, с которой специализированные ИС зарядного устройства не справляются. Он сочетается практически с любым DC/DC-преобразователем, образуя законченное, многофункциональное решение для зарядного устройства — забудьте о сборке отдельных компонентов.

Широкий диапазон входного напряжения LTC4000 (3–60 В) и практически неограниченный ток обеспечивают эффективные, высокопроизводительные, полнофункциональные зарядные устройства, которые могут конкурировать по производительности со специализированными микросхемами зарядных устройств. На рис. 1 показано типичное приложение: LTC4000 в сочетании с LTC3786 для создания зарядного устройства для 5-элементного литий-ионного аккумулятора на 5 А.

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high -current-battery-charger-works-with-all-converter-topologies/figure1. png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 1’>

Рис. 1. Зарядное устройство с повышающим преобразователем от 6 В до 21 В при 5 А для пяти литий-ионных аккумуляторов

Обзор функций

LTC4000 превращает практически любой источник питания постоянного/постоянного тока с внешней компенсацией Linear Technology в зарядное устройство со следующими характеристиками:

• Широкий диапазон входного и выходного напряжения от 3 В до 60 В
• Точное (±0,25%) плавающее напряжение программируемой батареи резистора
• Таймер с выбираемым выводом или завершение тока
• Температурная зарядка с использованием термистора NTC
• Автоматическая перезарядка
• Подзарядка C/10 для глубоко разряженных элементов
• Обнаружение плохой батареи и вывод индикатора состояния
• Прецизионное измерение тока позволяет измерять низкие напряжения в сильноточных приложениях

LTC4000 также включает интеллектуальное управление PowerPath ^™ через внешние транзисторы PFET с малыми потерями. Один внешний PFET используется для предотвращения обратного тока от батареи или системного выхода обратно на вход. Другой PFET используется для управления зарядкой и разрядкой аккумулятора.

В этом случае малые потери транзисторов PFET имеют решающее значение для систем, требующих высокого зарядного тока для аккумуляторов большой емкости. Этот второй PFET также обеспечивает функцию мгновенного включения, которая обеспечивает немедленное питание нисходящей системы, даже если она подключена к сильно разряженной или короткозамкнутой батарее.

Элемент управления PowerPath преимущественно обеспечивает питание системной нагрузки. Когда входная мощность ограничена, нагрузка на систему всегда имеет приоритет над зарядкой. Кроме того, если для нагрузки системы требуется больше энергии, чем может поддерживать вход, батарея используется для обеспечения дополнительной мощности для удовлетворения общей выходной нагрузки системы.

LTC4000 доступен в низкопрофильных корпусах QFN и SSOP с 28 выводами 4 мм × 5 мм.

Четыре контура управления поддерживают заряд батареи и выход в соответствии с Положением

В основе LTC4000 лежат четыре внутренних усилителя ошибки, выходы которых объединяются для управления внешним контуром управления преобразователем постоянного тока в постоянный. Таким образом, он может управлять практически любым циклом зарядки аккумулятора, независимо от химического состава и плавающего напряжения.

На рис. 2 показана упрощенная блок-схема четырех внутренних усилителей ошибки (A4–A7). Каждый из четырех входных усилителей крутизны отвечает за разные контуры регулирования: входной ток, ток заряда, плавающее напряжение батареи и выходное напряжение. Выходной усилитель крутизны (A10) гарантирует, что петля, требующая для регулирования наименьшего напряжения на выводе ITH, управляет внешним преобразователем постоянного тока в постоянный.

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current -battery-charger-works-with-all-converter-topologies/figure2. png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 2’>

Рис. 2. Упрощенная блок-схема ядра LTC4000 — четыре усилителя ошибки с комбинированным выходом

Контур регулирования входного тока (A4 на рис. 2) предотвращает превышение входным током предела входного тока, запрограммированного резистором. Это ограничение входного тока предотвращает перегрузку источника всей системой, обеспечивая более предсказуемое и надежное поведение. Кроме того, это добавляет дополнительный уровень защиты для продления срока службы силовых компонентов преобразователя постоянного тока и любых источников, не имеющих защиты от перегрузки по току.

Другим контуром регулирования тока является контур регулирования тока заряда (A5). Этот контур управляет фазой постоянного тока цикла зарядки, гарантируя, что ток заряда, измеряемый резистором датчика тока заряда, не превышает запрограммированного полного тока заряда резистора.

Контур регулирования постоянного тока управляет зарядкой до тех пор, пока батарея не достигнет своего плавающего напряжения. В этот момент срабатывает контур регулирования напряжения батареи (A6), зарядный ток начинает падать, и зарядное устройство переходит в фазу цикла зарядки с постоянным напряжением.

Напряжение холостого хода программируется с помощью резисторного делителя обратной связи между контактами BAT и FBG. Вывод FBG отключает нагрузку резисторного делителя, когда V _IN отсутствует. Это гарантирует, что делитель напряжения с поплавковым резистором не потребляет ток батареи, когда батарея (подключенная к контакту BAT) является единственным доступным источником питания. Для V _IN ≥ 3,0 В типичное сопротивление между выводом FBG и GND составляет 100 Ом.

Когда батарея не заряжается и не подает питание на нагрузку, внешний полевой транзистор, подключенный к батарее, отключается (рис. 4). В этом сценарии контур регулирования выходного напряжения (A7 на рис. 2) управляет внешним преобразователем постоянного тока в постоянный. Цикл регулирования выходного напряжения аналогичен контуру регулирования напряжения аккумулятора. Этот контур регулирует напряжение на выводе CSP на основе резисторного делителя обратной связи между выводом CSP и выводом FBG. Эта регулировка выходного напряжения важна для обеспечения того, чтобы выходное напряжение системы оставалось хорошо отрегулированным, когда батарея отключена от нагрузки.

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current -battery-charger-works-with-all-converter-topologies/figure3.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 3’>

Рисунок 3. Фазы зарядки аккумулятора для 3-й серии LiFePO ₄ элементов со схемой, показанной на рисунке 1

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current -battery-charger-works-with-all-converter-topologies/figure4.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 4’>

Рисунок 4. Идеальный входной диод и батарея Контроллер PowerPath

Управление силовым контуром

Другой важной особенностью LTC4000 является управление PowerPath, которое состоит из двух функций: управление идеальным диодом на входе, обеспечивающее функцию идеального диода с низкими потерями от преобразователя постоянного тока до выхода; и элемент управления PowerPath батареи, обеспечивающий интеллектуальный маршрут PowerPath между выходом системы и батареей.

Функция идеального входного диода обеспечивает проводимость с малыми потерями от выхода DC/DC преобразователя (вывод IID — анод) к выходу системы (вывод CSP — катод). Проводимость с низкими потерями важна для эффективности и управления теплом в сильноточных системах. Эта функция также предотвращает обратный ток от выхода системы к преобразователю постоянного тока. Такой обратный ток вызывает ненужный разряд батареи и в некоторых случаях может привести к нежелательному поведению преобразователя постоянного тока в постоянный. Такое идеальное поведение диода достигается за счет управления внешним полевым транзистором (M1), затвор которого подключен к выводу IGATE (рис. 4).

Контроллер PowerPath внешнего PFET, подключенного к выводу BGATE, аналогичен входному контроллеру идеального диода, управляющему выводом IGATE (рис. 4). Когда он не заряжается, PMOS ведет себя как идеальный диод между контактами BAT (анод) и CSN (катод). Идеальное поведение диода позволяет батарее подавать ток на нагрузку системы, когда выход DC/DC находится в пределе тока или DC/DC медленно реагирует на немедленное увеличение нагрузки на выходе. Эта функция обеспечивает стабильное выходное напряжение системы.

В дополнение к идеальному поведению диода, BGATE позволяет току течь от вывода CSN к выводу BAT во время зарядки. Есть две области работы, когда ток течет от вывода CSN к выводу BAT. Первый — при зарядке сильно разряженной батареи (напряжение батареи ниже порога INSTANT ON, V _{BAT(INST ON)} ). В этой рабочей области контроллер (A11 на рис. 4) регулирует напряжение на выходе системы примерно до 86 % от конечного уровня плавающего напряжения. Эта функция обеспечивает выходное напряжение системы, значительно превышающее напряжение батареи при зарядке сильно разряженной батареи. Эта функция INSTANT ON позволяет LTC4000 обеспечивать достаточное напряжение на выходе системы независимо от напряжения батареи.

Вторая область работы возникает, когда напряжение обратной связи батареи больше или равно порогу Мгновенное включение. В этой области на вывод BGATE подается низкий уровень, чтобы позволить PMOS полностью включиться, уменьшая рассеивание мощности из-за зарядного тока.

Приложения

LTC4000 имеет широкую универсальность применения — его можно использовать в паре с преобразователем постоянного тока для создания зарядного устройства для аккумуляторов любой конфигурации. Следующие приложения иллюстрируют эту универсальность.

Высоковольтное, сильноточное зарядное устройство

Создание полной системы зарядки с помощью LTC4000 и преобразователя постоянного тока так же просто, как использование специальной микросхемы зарядного устройства. На рис. 5 показано, как LTC4000 управляет понижающим преобразователем LT3845A в зарядном устройстве, предназначенном для аккумуляторной батареи 3S LiFePO ₄ (3S относится к трем ячейкам в последовательной конфигурации). Понижающий преобразователь LT3845A выбран из-за его простоты и способности работать с высоким входным напряжением 60 В.

<img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current -battery-charger-works-with-all-converter-topologies/figure5.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 5’>

Рис. 5. Зарядное устройство с понижающим преобразователем с 48 В на 10,8 В при 10 А для LiFePO 3-й серии ₄ Аккумулятор

Каждый из элементов LiFePO ₄ имеет типичное плавающее напряжение 3,6 В, в результате чего общее плавающее напряжение составляет 10,8 В. Плавающее напряжение 10,8 В устанавливается резистором R 9. 0086 BFB2 = 133k и R _BFB1 = 1,13M. После установки плавающего напряжения определяются значения R _OFB1 и R _OFB2 — это устанавливает выходное напряжение при прекращении зарядки. Здесь R _OFB2 установлен на 127 кОм, а R _OFB1 на 1,15 М, чтобы установить выходное стабилизирующее напряжение на уровне 12 В.

После установки плавающего и выходного напряжения установите ток полной зарядки аккумулятора. В этом конкретном примере полный ток заряда установлен на 10 А с помощью резистора R 9.0086 CS со значением 5 мОм и R _CL со значением 24,9 кОм. Регулируемое измерительное напряжение на R _CS должно быть как можно больше для обеспечения максимальной точности. Однако большее напряжение считывания заставляет R _CS рассеивать больше мощности. Поскольку усилитель ошибки регулирования тока заряда имеет максимальный уровень регулирования 1 В, это означает, что регулируемое измерительное напряжение на R _CS ограничено максимальным значением 50 мВ (= 1 В/20). При токе заряда 10 А максимальная рассеиваемая мощность на этом чувствительном резисторе составляет 0,5 Вт.

Любое значение R _CL , превышающее 20 кОм, не повлияет на уровень тока полного заряда, но если оно меньше 200 кОм, оно повлияет на регулируемый уровень тока непрерывного заряда. В этом примере выбрано значение 24,9 кОм, чтобы установить уровень тока непрерывного заряда на уровне 1,25 А. Подзарядка может происходить в начале цикла зарядки, когда напряжение на аккумуляторе составляет менее 68% от напряжения холостого хода. Эта функция непрерывного заряда особенно важна для литий-ионных аккумуляторов, поскольку им требуется меньший ток (обычно <20% от тока полного заряда) для безопасного и постепенного увеличения напряжения аккумулятора, прежде чем обеспечить их полным током заряда.

Единственным другим контуром регулирования с заданным значением является контур регулирования входного тока. Используя метод, аналогичный настройке R _CS , в этом примере R _IS устанавливается на 5 мОм, а вывод IL остается плавающим (внутренне подтягивается до напряжения выше 1 В), чтобы установить максимальный предел входного тока 10 А.

Описанных здесь четырех простых шагов достаточно, чтобы настроить зарядное устройство LTC4000 для зарядки аккумуляторов многих типовых конфигураций. Для дальнейшей настройки решения можно выбрать несколько других значений компонентов для программирования алгоритма завершения зарядки. LTC4000 предлагает как терминацию таймера, так и терминацию уровня зарядного тока.

При прекращении уровня тока заряда процесс зарядки прекращается, когда уровень тока заряда падает (в режиме постоянного напряжения) до уровня, запрограммированного на выводе CX.

При завершении таймера процесс зарядки продолжается в режиме постоянного напряжения до тех пор, пока не истечет период времени, запрограммированный конденсатором на выводе TMR. В этом примере LTC4000 настроен на период окончания таймера 2,9 часа с использованием конденсатора 0,1 мкФ, подключенного к выводу TMR. Резистор 22,1 кОм, подключенный к выводу CX, устанавливает уровень тока заряда 1 А, после чего вывод индикатора состояния заряда (CHRG) принимает состояние высокого Z.

LTC4000 предлагает зарядку с температурой через контакт NTC. Резистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), термически связанный с батареей, подключается в сеть резисторного делителя между выводами BIAS, NTC и GND. Этот резистор NTC позволяет приостановить зарядку, когда температура батареи выходит за пределы определенного диапазона. В этом примере диапазон температуры батареи установлен в диапазоне от –1,5 °C до 41,5 °C. Зарядка с учетом температуры защищает батареи от опасных условий зарядки, таких как экстремально высокая или низкая температура, которые потенциально могут повредить батареи и сократить срок их службы.

Единственными оставшимися компонентами, которые, возможно, потребуется настроить, являются цепь последовательного резистора и цепи компенсации конденсатора между выводами CC и ITH, а также цепь резисторного делителя, подключенная к выводу VM. В качестве начальных значений компенсационная цепь может быть установлена ​​на резистор 10 кОм последовательно с конденсатором 100 нФ. Затем его можно оптимизировать, рассмотрев реакцию во временной области на небольшое возмущение сигнала для каждого из четырех контуров регулирования. В этом примере окончательные оптимизированные значения составляют 14,7 кОм и 47 нФ.

Вывод VM является входом компаратора с пороговым значением 1,193 В. Когда напряжение на этом выводе ниже порогового значения, на выводе RST устанавливается низкий уровень. Когда он превышает пороговое значение, вывод RST принимает состояние высокого Z. Подключив вывод RST к выводу DC/DC RUN или SHDN, этот компаратор выдает простой и точный сигнал UVLO (блокировка при пониженном напряжении), который можно использовать для запуска внешнего преобразователя. В этом примере входной уровень UVLO установлен на 14,3 В. Установка минимального напряжения гарантирует, что вход преобразователя находится в пределах его рабочего диапазона, прежде чем он будет запущен. Это, в свою очередь, обеспечивает более последовательное и предсказуемое поведение зарядного устройства в целом.

Дискретное решение с характеристиками, аналогичными зарядному устройству LiFePO 10A/3 элемента ₄ , потребовало бы как минимум двух усилителей измерения тока на стороне высокого напряжения, четырех операционных усилителей, а также двух высоковольтных идеальных диодных контроллеров. Каждый из них необходимо будет протестировать и аттестовать отдельно, чтобы обеспечить совместимость их спецификаций, таких как диапазон синфазного режима, скорость и диапазон входного напряжения питания. Кроме того, для дискретного решения потребуется микропроцессор для обработки алгоритма зарядки.

Как показано в примере, LTC4000 исключает эти компоненты и необходимость их тестирования. Конструкция упрощается до выбора соответствующего преобразователя постоянного тока в постоянный для требуемого напряжения и мощности, а также нескольких пассивных компонентов — в основном резисторов для установки важных параметров системы зарядного устройства.

Изолированное зарядное устройство

На рис.  6 показано, как LTC4000 в паре с LTC3805-5 создает изолированное зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов с одним элементом и зарядным током 2 А. Это приложение демонстрирует возможности LTC4000 для создания уникального решения для зарядного устройства с использованием легкодоступных преобразователей постоянного тока практически любой топологии. Это простое решение на основе LTC4000 избавляет от необходимости разрабатывать сложное дискретное решение.

&amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current-battery -charger-works-with-all-converter-topologies/figure6.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 6’&amp;gt;

Рис. 6. 18–72 В _IN до 4,2 В при 2 А изолированного зарядного устройства для одноэлементных литий-ионных аккумуляторов

При использовании LTC4000 задача разработки изолированного зарядного устройства сводится к выбору соответствующего изолированного преобразователя, выбору полевых транзисторов и определению номиналов некоторых резисторов и конденсаторов. Для приложения, показанного на рисунке 6, мы используем изолированный обратноходовой преобразователь LTC3805-5 с возможностью высокого входного напряжения. Для управления PowerPath используются два относительно низковольтных PFET, поскольку на вторичной стороне появляются только напряжения менее 6 В. Единственным уникальным соединением в этом конкретном приложении является использование оптопары для доставки сигнала обратной связи ITH от LTC4000 на вторичной стороне к выводу ITH LTC3805-5 на первичной стороне.

Полученное зарядное устройство способно заряжать одноэлементную литий-ионную батарею (4,2 В с поплавком) при токе 2 А в изолированной среде. Система имеет широкий диапазон входного напряжения от 18 В до 72 В со временем завершения зарядки 2,9 часа, а также током непрерывной зарядки 220 мА.

Общее решение ограничивает общий выходной ток системы до 2,5 А контролируемым образом. Предотвращая перегрузку первичной обмотки по току, ограничение входного тока обеспечивает дополнительный уровень защиты силовых компонентов и повышает общую надежность системы.

Зарядное устройство для высоковольтных аккумуляторов Buck-Boost

Еще одно уникальное, но часто запрашиваемое решение для зарядных устройств — это зарядное устройство для аккумуляторов с пониженным зарядом. Опять же, в настоящее время нет специального решения IC. На рис. 7 показано, как LTC4000 в паре с LTC3789 создают полнофункциональное зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов на 12 В с повышающим и понижающим напряжением.

&lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current-battery-charger-works -with-all-converter-topologies/figure7.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 7’&gt;

Рис. 7. 6–36 В V _IN до 14,4 В при 4,5 А для 6-элементного свинцово-кислотного аккумулятора

Топология повышающе-понижающего типа позволяет заряжать аккумулятор от напряжения ниже или выше его плавающего напряжения, что упрощает выбор аккумулятора и входного напряжения в конструкции системы. Затем количество последовательно соединенных аккумуляторных элементов можно оптимизировать для других параметров системы или, возможно, для цены и доступности таких аккумуляторных блоков. Точно так же гибкость и простота программирования зарядного тока за счет установки номиналов двух резисторов (R _CS и R _CL ) также еще больше облегчают выбор емкости батареи в конструкции системы.

Общее зарядное решение для пары LTC4000 и LTC3789, показанное выше, способно заряжать свинцово-кислотную батарею 12 В (14,4 В абсорбционное и 13,4 В плавающее) при токе 4,5 А от входного напряжения, которое может варьироваться от 6 В до 36 В. Система запрограммирована на ограничение входного тока 12,5 А, что позволяет распределить нагрузку между входом и аккумулятором, если системная нагрузка требует от входа более 12,5 А. Эта функция особенно важна в нижней части диапазона напряжения источника, где входной ток быстро увеличивается, чтобы удовлетворить растущие потребности в выходной мощности.

Показанное здесь зарядное устройство не предусматривает оконечной нагрузки, что позволяет осуществлять непрерывную зарядку постоянным напряжением при конечном плавающем напряжении 13,4 В. Соединение вывода CHRG с выводом BFB через резистор 187k реализует 2-ступенчатый алгоритм зарядки (абсорбция и подзаряд), общий для свинцово-кислотных аккумуляторов. Общий алгоритм зарядки сначала заряжает до уровня поглощения 14,4 В, пока ток заряда не упадет до 500 мА. В этот момент вывод CHRG принимает состояние высокого Z, изменяя цепь резисторов обратной связи, подключенную к выводу BFB. Таким образом, зарядное устройство переходит в режим постоянного плавающего напряжения с целевым значением конечного плавающего напряжения 13,4 В. Если напряжение батареи падает ниже 13,1 В (порог перезарядки), вывод CHRG снова становится низкоимпедансным, и зарядное устройство снова настраивается на зарядку батареи до уровня поглощения 14,4 В.

Поскольку это схема повышающе-понижающего зарядного устройства, аккумуляторная батарея с любым плавающим напряжением от 3 до 36 В может поддерживаться простой настройкой резисторных делителей и выбором PFET. Аналогичные изменения позволяют программировать ток заряда аккумулятора от нескольких миллиампер до десятков ампер.

На рис. 8 показана демонстрационная плата пары LTC4000 и LTC3789. Обратите внимание, что необходимое пространство, занимаемое LTC4000 и его пассивными компонентами, невелико и занимает площадь менее 3,6 см 9 .0056 2 . Это позволяет создать компактное решение для зарядки практически любого аккумулятора.

&lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-voltage-high-current-battery-charger-works -with-all-converter-topologies/figure8.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 8’&gt;

Рис. 8. Демонстрационная схема, показывающая полное зарядное устройство, сформированное путем сопряжения LTC4000 и LTC3789

Вывод

Увеличение спроса на альтернативные источники энергии в сочетании со взрывным ростом портативных промышленных и медицинских устройств привели к необходимости создания широкого спектра систем с питанием от перезаряжаемых батарей. Многие из этих систем предъявляют требования, которым не могут соответствовать специализированные ИС зарядных устройств, ориентированные на определенный химический состав/конфигурацию батарей и входное/выходное напряжение. Дискретные решения могут удовлетворить потребности этих систем, но такие решения сложнее реализовать, они занимают значительно больше места на печатной плате и требуют значительно больше времени на разработку, чем специализированные решения на ИС.

Зарядное устройство LTC4000 заполняет пробел между приложениями, поддерживаемыми простыми в использовании специализированными микросхемами зарядных устройств, и приложениями, поддерживаемыми более сложными дискретными решениями. Широкий диапазон входного напряжения LTC4000 (3–60 В) и практически неограниченный ток позволяют использовать его с любой топологией преобразователя постоянного/постоянного или переменного/постоянного тока, включая понижающий, повышающий, повышающе-понижающий, SEPIC и обратноходовой. В сочетании с подходящим преобразователем питания LTC4000 образует эффективное и высокопроизводительное полнофункциональное зарядное устройство, обычно занимающее менее 3,6 см². 0056 2 .

Автор

Эко Лисуванди

Эко Лисуванди работает инженером-конструктором в Бостонском центре проектирования Analog Devices с 2002 года. Эко посвятил свою раннюю карьеру разработке продуктов смешанного сигнала для систем управления и высоковольтных трактов на основе КМОП-технологии. Позже его интерес расширился, включив в него многоканальные БИПОЛЯРНЫЕ силовые преобразователи. Теперь в качестве технического менеджера и руководителя отдела Эко отвечает за исследования, проектирование и разработку зарядных устройств для аккумуляторов и интегральных схем беспроводного питания в BICMOS. Он получил степень бакалавра. в 2001 г. и M.Eng. в 2002 году получил степень в области электротехники и информатики Массачусетского технологического института.

Изолированные 25 кВт 800 В переменного тока/постоянного тока зарядное устройство с высоким напряжением с банки с банкой

Номинальная мощность	25 кВт
Сторон AC). Диапазон напряжения B (постоянного тока)	0–800 В пост. тока
Максимальный постоянный ток с обеих сторон	60 А пост. тока
Гальваническая развязка	Yes
Integrated components	Integrated precharge Integrated contactors Integrated EMC filtering
Efficiency	> 95%
Energy transfer direction	Unidirectional and bidicrectional versions
Cooling	Air
Механические размеры (Ш x Д x В)	Вертикальное крепление 432 x 440,5 x 177 мм версия Версия для монтажа в 19-дюймовую стойку 4U
Вес	35 кг
Интерфейсы связи	MODBUS RTU через RS485 CAN (пользовательский протокол)

RedPrime 25 кВт полностью подходит для использования в качестве подходящего высоковольтного зарядного устройства для инновационных проектов и приложений, использующих аккумуляторные технологии. Он совместим со сложными системами, такими как накопители энергии, подключенные к сети, а также с электромобилями и инфраструктурой.

Промышленность нуждается в высоковольтных зарядных устройствах с широким ассортиментом, поскольку изобретатели и инженеры постоянно стремятся к совершенству и поэтому нуждаются в надежном и эффективном силовом электронном оборудовании. Этот изолированный преобразователь переменного/постоянного тока RedPrime предлагает именно это — сложное, но простое в использовании модульное решение «включай и работай» для любых масштабных проектов. Зарядные устройства постоянного тока могут быть дополнительно сложены для достижения более высокой мощности.