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ANALOG/MIXED SIGNAL
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- ELETTRONICA OGGI 451 - GENNAIO/FEBBRAIO 2016
LI-ION CHARGERS
di carica richiede il tempo più lungo se confrontato con quello
richiesto dalle altre fasi della carica. In questo processo, quando
la corrente di carica diminuisce al di sotto di un limite (corrente
di terminazione), solitamente pari al 2% della capacità della bat-
teria, quest’ultima è completamente carica e il processo di carica
termina (Fig. 1). Si tenga presente che per ogni fase del processo
di carica viene stabilito un limite e ciò rappresenta una delle più
importanti caratteristiche di sicurezza.
Per implementare il profilo di carica appena descritto è
necessario conoscere in ogni istante la tensione della batteria e
la corrente di carica, mentre anche la temperature della batteria
deve essere tenuta sotto controllo in quanto la batteria stessa
tende a scaldarsi durante la carica. Se il valore della temperatura
supera il limite specificato per la batteria, quest›ultima può subire
danni.
Per quel che concerne l’implementazione di un carica batterie,
l’utente ha due opzioni a disposizione: utilizzare un circuito inte-
grato dedicato o ricorrere a un microcontrollore di tipo general-
purpose. La prima opzione, anche se si propone come una so-
luzione semplice e rapida, ha il duplice svantaggio di una limita
configurabilità e di un numero ridotto di scelte per l’interfaccia
utente (indicatori a LED). L’alternativa, ovvero l’uso di un micro-
controllore, a fronte di un allungamento dei tempi di progettomet-
te a disposizione un maggior numero di opzioni per la configura-
zione, consente l’integrazione di altre funzioni come ad esempio
lo stato della carica (SoC – State of Charge) della batteria e l’invio
di informazioni attraverso interfacce di comunicazione al proces-
sore host presente nel sistema. Oltre a ciò un microcontrollore
non è equipaggiato con il circuito di potenza necessario per un
carica batterie e richiede BJT esterni oMOSFET. IL costo di questi
componenti di potenza è comunque più basso rispetto a quello
dei microcontrollori o dei circuiti integrati dedicati.
Architettura del carica batterie
Si si esamina il profilo di carica appare evidente che è necessaria
un generatore di corrente controllato per un carica batteria di
una batteria a ioni di litio a singola cella il cui funzionamento deve
essere modificato in funzione dello stato della batteria. in base a
queste considerazioni, un’implementazione basata su un micro-
controllore richiede la presenza dei seguenti blocchi funzionali:
5.
Circuito per il controllo della corrente
6.
Circuito per la misura dei parametri della batteria (tensione,
corrente, temperatura)
7.
Algoritmo di carica (Per l’implementazione del profilo CC-
CV)
Tali blocchi sono riportati nello schema di figura 2.
Circuito per il controllo della corrente: esso può essere realizzato
utilizzando un generatore di tensione e implementando un per-
corso per la retroazione della corrente. Esso opera come un tipico
sistema di controllo in retroazione negativa. Per la retroazione si
utilizza la corrente di carica che, passando attraverso un resistore
di valore ridotto, genera una tensione.
Il generatore di tensione può essere realizzata utilizzando due
metodi:
8.
Topologia lineare
9.
Topologia a commutazione - buck o boost
La topologia lineare utilizza un elemento regolatore in serie (un
BJT o un MOSFET) in modalità lineare, come riportato in figura 3.
La corrente di carica è regolata controllando la polarizzazione del
transistor in serie Q1. La polarizzazione può essere controllata
utilizzando un convertitore A/D o un modulatore PWM (Pulse
Width Modulator) con un filtro passa basso RC esterno. Il me-
todo lineare può essere utilizzato per correnti di carica di valore
ridotto (<1A) a causa della dissipazione di potenza dell’elemento
Fig. 2 – Schema a blocchi di un caricabatteria per una batteria a ioni
di litio
Fig. 3 – Schema della topologia lineare