Explicación del circuito de equilibrio de la batería de litio de varias celdas

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Encontré una excelente nota de aplicación sobre la construcción de un cargador de baterías de litio de varias celdas con balance de células.

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Lo mejor de esto es que usted implementa los algoritmos de carga usted mismo en una MCU integrada. Si ya tiene una MCU y conoce las secuencias de carga de las baterías de litio, esta puede ser una opción más económica que comprar un chip independiente que haga los algoritmos por usted.

Entiendo la funcionalidad del circuito y lo que está haciendo. Pero tenía una pregunta sobre una parte del circuito. Específicamente los MOSFET de equilibrio y cómo se controlan.

Dado el siguiente esquema:

VeaqueQ4-Q7sonlosFETdebalanceoqueseactivanparadescargarunaceldaqueestáfueradebalance.

EstosFETSestáncontroladosporunpinGPIOenlaMCUconunaseñalPWM.Lanotadelaaplicacióndicelosiguiente:

"Los MOSFETS de balance de celdas Q4-Q7 deben ser controlados en los niveles apropiados. Una forma posible de hacer esto es crear un traductor de nivel de conteo utilizando una señal PWM junto con AC. La rectificación de las formas traductoras. El nivel de corriente continua para encender el transistor correspondiente. Esta el diseño utiliza un modulador de ancho de pulso, PWM_BAL. PWM_BAL se ha colocado en DCB12 y se ha enviado a la demultiplexor, que está construido alrededor de software configurable buffers de salida globales. PWM_BAL está configurado en el software como un PWM de 4 bits con una frecuencia de conmutación cercana 115 kHz. Cuando se activa un MOSFET, el interno el búfer de salida está habilitado, pasando la señal PWM a la rectificador. Las redes de diodos D7-D8 se utilizan para PWM. Rectificación de señal con duplicación de amplitud. Los rectificadores ’ Los filtros de paso bajo constan de resistencias R10, R14, R18 y R24 junto con la capacitancia del canal de puerta MOSFET. "

No entiendo muy bien esta parte del circuito. La señal PWM se rectifica y se filtra a través de la resistencia de 1Meg y la capacitancia de la compuerta MOSFET. Me encantaría simular esto en TINA Spice.

El FET que tienen es el BS170FTA y tiene el siguiente umbral de puerta:

Necesita3Vsoloparaobtener1mAdecorrientededrenaje.Queremosmáscercade35mAparacargarlaceldaydejarcaersuvoltajeparaequilibrar.Entonces,sielGPIOemiteunaseñalPWMde3.3V,tienequeconducirlacompuertamuchomásaltoparaobtenerlos35mAdelacorrientededrenaje.Desafortunadamente,lahojadedatosnotieneunacurvadeIDdeVGS.

¿Alguienpodríaexplicarcómofuncionaestepequeñocircuito?Necesitoesteentendimientoparadiseñarelmíoyelegirloscomponentesadecuados.Parecequelosparásitosdeloscomponentesjueganunpapelclaveaquí.

Acontinuaciónsemuestraunaimagenampliadadelcircuitodeinterés.

Gracias por la ayuda.

    
pregunta guitardenver

2 respuestas

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Comencemos con la curva de ID de VGS. Afortunadamente, el esquema muestra el número de pieza del MOSFET (BS170), por lo tanto, de

Tengaencuentaquea3.0V,elMOSFETyaestárealizando50-100mAnormalmente.Tengaencuentaque3Vaparececomoel"máximo" VGS (th), lo que significa que el voltaje de umbral "típico" es probablemente un poco menor.

Veamos el circuito. Como señala el comentario de Marko Bursic, se usa para "rectificación de señal PWM con duplicación de amplitud". La aplicación de una onda cuadrada PWM excita una corriente de CA que pasa a través de C5. Cuando la corriente es positiva (a la derecha), D7 conduce, cargando la capacitancia parásita de puerta Cgs del MOSFET. Cuando la corriente es negativa (a la izquierda), D8 conduce en su lugar, evitando que la corriente negativa descargue Cgs. Mientras tanto, R1 está descargando constantemente Cgs, y tan pronto como la forma de onda PWM se apaga, Vgs comenzará a decaer y el MOSFET se apagará con el tiempo.

¡Pero espera! ¿Qué pasó con la "duplicación de voltaje"? Bueno, resulta que un "doblador de voltaje" produce un valor de CC que es 2 veces el valor pico de una forma de onda de CA. En nuestro ejemplo, la forma de onda de CA es 3.3V pico a pico, o 1.65V pico. Lo que significa que el voltaje "duplicado" sigue siendo solo 3.3V, menos la caída del diodo.

En conclusión, es teóricamente posible que una combinación en el peor de los casos de alta caída de diodo y alta VGS (th) pueda evitar que cierto canal de este circuito funcione. Si el circuito está diseñado para funcionar con 3.3V PWM, probablemente esté bien, ya que el diseñador probablemente probó algunos de estos. Si el diseñador probó con 5V PWM en su lugar, es posible que finalmente tenga un problema, pero supongo que aún estará bien.

Dejando de lado: "PWM" generalmente implica que el ciclo de trabajo de la señal es una entrada de control, no es el caso aquí. ¡La corriente a través del MOSFET es totalmente independiente del ciclo de trabajo! El único propósito del denominado PWM es producir una forma de onda de CA.

    
respondido por el Selvek
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El buscapersonas 21 en adelante en tu nota de aplicación vinculada muestra cómo funciona.

Una abrazadera de diodo negativa de 5V 60% * ciclo de trabajo de est a serie con un diodo negativo proporciona 4.3 = Vgs para permitir que la serie R de 100 Ohm aparezca como 100 / dc = 160 ohms promedio si la carga diferencial de la batería necesita ser anulada al aplicar esta resistencia de derivación "PWM modulada" en cada celda según sea necesario hasta que la corriente de carga de la cadena CV alcance el 10% del umbral de corriente de carga de CC y se corte.

Sin embargo, también muestran Vcc = 3.3, que requiere FET de Vt más bajos.

Por lo tanto, el equilibrio se limita a corrientes bajas después de la fase CC, creo que cuando la corriente está disminuyendo en la fase CV del ciclo de carga.

Esto es menos eficiente que un inductor conmutado que puede almacenar la corriente durante el bypass, pero ese método ya está patentado.

También limita el porcentaje de desajuste de celda debido a la disipación de potencia durante CC. No se puede omitir por completo con 4.2V / 100 Ohms o 42mA. Así que es solo para diferencias muy pequeñas en la capacidad celular. Pero este método prolongará la vida útil de la cuerda, pero ¿cuánto depende de las condiciones iniciales y de las tensiones de temperatura en la vida útil?

    
respondido por el Tony EE rocketscientist

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