Virtapolkusuunnittelu, jota kutsutaan myös kuormanjaoksi, antaa laitteellesi erillisen polun tulolähteestä järjestelmään, kun taas erillinen polku lataa akkua. Lataus päättyy jännite- ja virtakynnysten saavuttamisessa.
Ilman sitä käynnissä oleva laite kilpailee laturin kanssa virrasta. Akku voi tyhjentyä, latausaika venyä ja kuormitusvirta vääristää irtikytkentämittausta.
Tällä on merkitystä lääketieteen, robotiikan, turvallisuuden, infrastruktuurin ja teollisuuden markkinoiden laitevalmistajille, jotka hankkivat räätälöityjä litiumakkupaketteja. Kompromissit pysyvät sovelluskohtaisina ja vaativat järjestelmän validointia.
Seuraavat neljä osaa ovat: miksi virtapiirillä on merkitystä, tärkeimmät piirin komponentit, toiminta latauksen aikana ja latauksen lopettaminen varmennuksella.
Keskeiset ostokset
Virtalähteen ansiosta laitteesi toimii sovittimella, kun taas akku latautuu erikseen.
Sopiva syöttöbudjetti ja virtalähteen ohjain voivat vähentää akun tarpeetonta purkautumista; lisävirtatila voi silti kuluttaa akkuvirtaa.
Latauksen tarkka lopetus tapahtuu, koska laturi mittaa vain akun virtaa.
Käynnistys ilman akkua tai tyhjällä akulla riippuu ohjaimesta, lähdebudjetista ja kuormitusprofiilista, ja se on testattava.
Tarkista aina suunnitelma penkillä todellisilla mitoilla ennen kuin hyväksyt sen.
Osa 1: Miksi virtalähteen suunnittelulla on merkitystä OEM-laitteissa
1.1 Yksinkertaisen latauksen ongelma
Akkusi kanssa "yhteensopiva" laturi säätelee vain akun virtaa ja jännitettä. Se ei kerro mitään siitä, miten laitteesi samanaikaisesti kuluttaa virtaa. Tämä on kuilu yleisen laturin yhteensopivuuden ja todellisen kuormanjaon välillä.
Virtapolkujen suunnittelu kuroo umpeen tätä aukkoa. Se antaa järjestelmäkuormalle oman syöttöpolun sovittimesta ja varaa akulle erillisen, säännellyn polun. Laite ei enää vedä käyttövirtaansa laturin akun navan kautta.
Ajatellaanpa kädessä pidettävää lääketieteellistä monitoria, jossa on NMC-akku. Akun tekniset tiedot saattavat sallia määritellyn latausvirran, mutta laitteen elektroniikka kuluttaa suuren osan sovittimen ulostulosta. Yksinkertainen laturi ei pysty erottamaan näitä kahta virtaa. Virtapiiri voi.
1.2 Akun tyhjenemisen ja latausajan ristiriidat
Ilman kuormanjakoa käynnissä oleva laite ja laturi kilpailevat samasta virrasta. Kun kuorma ylittää sovittimen budjetin, akku korvaa erotuksen. Akku purkautuu, kun se on kytkettynä verkkovirtaan, ja lataus kestää kauan.
Toistuva akun täydentäminen voi vaikuttaa energian läpäisyyn ja lämmönkehitykseen. Arvioi todellinen käyttösuhde sen sijaan, että laskisit jokaisen osittaisen tapahtuman täydeksi sykliksi.
Kemialla on tässä merkitystä. LiFePO4-, LCO- ja LMO-akut reagoivat kukin eri tavalla osittaiseen syklitykseen, ja kennotason luokitukset eroavat akun tason luokituksista. Tarkista toiminta todellisen kennotietolomakkeen ja järjestelmäolosuhteiden perusteella ennen kuin vahvistat muutokset.
Osa 2: Virtapiirin keskeiset komponentit
2.1 Ideaalinen diodi ja tulo-FETit
Ihanteellinen diodi sijaitsee sovittimen tulossa. Se toimii lähes häviöttömän kytkimen tavoin oikean diodin sijaan. Kun sovitin on paikallaan, se siirtää virtaa järjestelmään. Kun sovitin irtoaa, se estää vastavirtauksen, joten akku ei syötä virtaa takaisin tuloon.
Tulopuolen FETit hoitavat saman tehtävän suuremmilla virroilla. Niiden sijoittelu muokkaa koko suunnittelua. Alhaisemman puolen FETit sijaitsevat akun maadoituspolulla ja yksinkertaistavat piiriä, mutta ne menettävät maadoitusreferenssin suojaustapahtumien aikana. Ylemmän puolen FETit sijaitsevat positiivisella polulla ja pitävät akun ja järjestelmän jaetussa maadoituksessa, mitä useimmat suunnittelijat suosivat turvallisuussyistä.
Erota laturin virtapolun hallinta yhteisportti- tai erillisporttipaketin suojauksesta. Valitse kytkentäjärjestely piirivaatimusten mukaisesti ja validoi vastavirran esto, käynnistysvirtasysäys ja vikakäyttäytyminen.
2.2 Lataussäädin ja järjestelmän kuormitusreitti
Latausohjain säätelee akun virtaa ja jännitettä. Järjestelmän kuormitusreitti on suoraan yhteydessä sovittimeen. Yhdessä ne muodostavat välisolmun, jota usein kutsutaan kolmanneksi solmuksi, tulon, akun ja järjestelmän välille. Tämä solmu mahdollistaa välittömän toiminnan. Laite käynnistyy sovittimesta, vaikka akku olisi täysin tyhjentynyt tai sitä ei olisi lainkaan.
Akun hallintajärjestelmä valvoo tämän solmun takana olevaa akkua. Analoginen etuosa tunnistaa kennojen signaalit ja ilmoittaa vioista. Virtamittari arvioi lataustilan ja kunnon. Mikrokontrolleri suorittaa diagnostiikkaa ja tiedonsiirtoa, ja toissijainen suojaus lisää redundanttia turvallisuutta. Kennojen tasapainotus auttaa hallitsemaan sarjaryhmien epätasapainoa, jos se on käytössä. Voit lukea lisää näistä toiminnoista osoitteessa BMS- ja PCM-sivuHyvässä virransyöttöpolun suunnittelussa ohjain yhdistetään rakennusautomaatiojärjestelmään (BMS), joka raportoi tarkat kennotiedot.
Osa 3: Miten virtapolun suunnittelu toimii käytön aikana
3.1 Järjestelmän virransyöttö tulolähteestä
Sovitin kantaa järjestelmäsi kuorman ensin. Power-Path Design reitittää tulovirran suoraan laitteen elektroniikkaan, ja akku on erillisessä haarassa. Laite toimii seinäpistorasiasta, ei akusta.
Syötebudjetti asettaa ylärajan. Oletetaan, että havainnollistava sovitin syöttää kiinteän virran ja piirilevysi kuluttaa suurimman osan siitä huippuvirralla. Vain loppuosa voi virrata akkuun. Mitoita sovitin pahimman mahdollisen kuormitusvirran ja tavoitelatausvirran summan mukaan ja vahvista sitten jako penkillä. Nämä luvut ovat vain havainnollistavia. Todellinen budjettisi riippuu sovittimen datalehdestä, kennon datalehdestä ja järjestelmän validoinnista.
Tarkista valitut syöttölaitteen ja laturin tehonalennuskäyrät, kotelon lämpötila ja todelliset jäähdytysolosuhteet. Yleispätevää ympäristön tehonalennuspistettä, ilmavirtausvaatimusta tai konvektion vähennysprosenttia ei ole.
Vaihtokytkentä pitää laitteen toiminnassa, kun sovitin putoaa. Lääkinnälliset laitteet, kuten infuusiopumput ja hengityslaitteet, ovat riippuvaisia tästä toiminnasta. Varaa budjetti akun turvallisuudelle IEC 62133 -standardin mukaisesti ja kennojen ikääntymiselle, ei pelkästään kytkentäpiirille.
Määritä sallittu kiskon roikkuminen ja keskeytyminen todellisen isäntäkoneen vaatimusten perusteella. Testaa sovittimen irrotusta, uudelleenkytkentää, kuormitusaskelia ja suojaussiirtymiä; pelkkä sovelluksen nimi ei määrää keskeytyssietoa.
3.2 Akun lataaminen rinnakkain
Latausohjain käyttää akun haaraa järjestelmän ollessa käynnissä. Se pitää akun sisällä säädeltyä virtaa, joka pienenee akun lähestyessä jänniterajaansa. Normaalin sovitinkäytön aikana järjestelmän haara on erillään havaitusta akun latausreitistä. Tarkista täydennysvirta ja muut tilat erikseen.
Tämä riippumattomuus on asian ydin. Yksinkertainen laturi mittaa yhtä virtaa, joka yhdistää kuorman ja latauksen. Virtajohtolaturi mittaa pelkästään latausvirtaa. Tämä erottelu tukee tarkkaa päättämistä, jota käsitellään osassa 4.
Osa 4: Miten latauksen lopettaminen käsitellään
4.1 Jännite- ja virtakynnykset
Litiumioniakkulaturi toimii kahdessa vaiheessa. Vakiovirtavaiheessa se syöttää akkuun kiinteän virran. Kun akku saavuttaa jänniterajansa, laturi siirtyy vakiojännitteelle ja pitää sen tason. Latausvirta sitten pienenee kennojen täyttyessä.
Monissa CC/CV-laturitoteutuksissa irtisanominen edellyttää akun jännitettä ja latausvirtaa koskevia ehtoja, jotka on määritelty ohjainkohtaisilla ajastimilla, toimintatiloilla ja lämpötilalogiikalla. Käytä valittua ohjainta ja kennon dokumentaatiota, älä universaalia nimellisvirran prosenttiosuutta.
Jänniterajat riippuvat kemiasta ja kennon ominaisuuksista. Käsittele näitä tyypillisinä arvoina ja varmista ne kennon datalehdestä.
Johda akun latausrajat hyväksytyistä kennotiedoista, sarjamäärästä, toleransseista ja suojausasetuksista. Varmista, ettei yksikään yksittäinen kenno ylitä sallittuja ehtojaan.
Määritä latausjännite, -virta, lopetuskriteerit, uudelleenkäynnistysehdot ja lämpötilarajat yhdessä. Alhaisempi lopetusvirta ei ole automaattisesti parempi; vahvista latausaika, lämpöaltistus ja kennojen vaatimukset.
4.2 Ajastimet, turvatarkastukset ja varmennus
Pelkän virran ei pitäisi lopettaa latausta. Lisää turva-ajastin, joka pysäyttää syklin määritetyn ikkunan jälkeen, vaikka ITERM ei koskaan laukeaisikaan. Lisää akun lämpötilan tarkistus ja keskeytä lataus akun datalehdessä sallitun ikkunan ulkopuolella. Tarkkaile akkua, joka ei koskaan saavuta jänniterajaansa, ja merkitse se vikaksi.
Laadi vaatimusluettelo ennen suunnitelman hyväksymistä:
Kuormituksen jakaminen: varmista, että järjestelmä toimii sovittimesta akun latautuessa.
Laturin syöttöbudjetti: mitoita sovitin pahimman mahdollisen kuormituksen ja tavoitelatausvirran mukaan.
Päätekynnykset: aseta latausjännite ja ITERM kennon datalehdestä ja tarkista ne sitten penkillä.
Lämpörajat: tarkista alenemiskäyrä pahimmassa mahdollisessa sisäisessä ympäristön lämpötilassa.
Syötön vaihto: määritä toiminta, kun sovitin putoaa, ja testaa sitä kuormituksen alaisena.
Tarkista jokainen kohta penkkimittauksilla, älä datalehden oletuksilla. Kirjaa latausvirta, akun jännite ja piirilevyn lämpötila koko syklin ajalta.
Jos haluat räätälöidyn paketin laitteesi ympärille, aloita mukautettu akkuprojekti tiimimme kanssa.
Validoitu virransyöttöpolku erottaa järjestelmän kuormituksen akun virran mittauksesta ja ohjaa lähdesiirtymiä. Se ei korvaa itsenäistä akun suojausta eikä takaa laitetason turvallisuutta. Julkaise suunnittelu vasta, kun olet tarkistanut todellisen kuormitusprofiilin, tehobudjetin, lämpötilarajat ja vikavasteet.
FAQ
Miten kuormanjako eroaa laturista, joka väittää akun olevan yhteensopiva?
Yhteensopivuus kertoo vain, että laturi säätelee akun virtaa ja jännitettä. Se ei kerro mitään siitä, kuluttaako laite virtaa samanaikaisesti. Kuorman jakaminen lisää erillisen polun sovittimesta järjestelmään, joten elektroniikkasi lakkaa ottamasta virtaa laturin akun navan kautta.
Miten mitoitan sovittimen laitteelle, joka latautuu käytön aikana?
Lisää pahimman mahdollisen järjestelmäkuormituksen tavoitelatausvirtaan ja vahvista sitten jako penkillä. Tarkista syötön alennuskäyrä kuumimmassa sisäisessä ympäristössä, ei huoneenlämmössä. Tuuletinvapaassa mallissa on käytettävä konvektioluokitusta, joka on tyypillisesti alhaisempi kuin puhallusvirtauksen arvo.
Miksi järjestelmä lataa viallisen latauksen lopettamisen?
Yksinkertainen laturi mittaa yhtä virtaa, joka yhdistää kuorman ja latauksen. Jos laitteesi kuluttaa tarpeeksi virtaa, yhdistetty virta ei välttämättä koskaan laske ITERM-kynnysarvoon, joten sykli ei koskaan pääty puhtaasti. Virtapolun suunnittelu mittaa pelkästään latausvirtaa, mikä pitää irtisanomispäätöksen tarkana.
Voiko laitteeni käynnistyä täysin tyhjentyneellä tai puuttuvalla akulla?
Kyllä, jos piiri tarjoaa välisolmun tulon, akun ja järjestelmän välille. Tämä kolmas solmu mahdollistaa laitteen käynnistymisen suoraan sovittimesta. Varmista toiminta omalla laitteistollasi, koska pikakäynnistys riippuu ohjaimestasi ja kuormitusprofiilistasi.
Mitä minun tulisi varmistaa ennen sähköpolun suunnittelun hyväksymistä?
Kirjaa latausvirta, akun jännite ja piirilevyn lämpötila koko syklin ajalta. Testaa vaihtokytkentä kuormituksen alaisena, kun sovittimen jännite laskee. Vahvista latausjännite ja ITERM-asetukset kennon datalehteä vasten ja tarkista lämpötilamarginaali pahimmassa mahdollisessa ympäristön lämpötilassa. Käsittele jokaista tulosta riippuvan käyttösuhteestasi.
Osa 5: Ensisijainen tekninen viite
Texas Instruments selittää järjestelmän ja akun virran erottelun PowerPath-laturin tekninen artikkeliKomponenttikohtainen toiminta on edelleen tarkistettava valitun ohjaimen datalehden avulla.
