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ANALOG/MIXED SIGNAL
LI-ION CHARGERS
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- ELETTRONICA OGGI 451 - GENNAIO/FEBBRAIO 2016
regolatore in serie. La topologia a commutazione sfrutta l’intrinse-
co vantaggio di garantire correnti di carica più elevate a fronte di
una minore dissipazione di potenza. Nella figura 4 è riportato lo
schema di un carica batterie basato su un regolatore a commu-
tazione buck.
La corrente di carica è impostata dal duty cycle del modulatore
PWM che pilota il MOSFET.
Circuito per la misura dei parametri della batteria: i segnali di re-
troazione devono essere misurati utilizzando un convertitore A/D,
periferica questa disponibile in numerosi controllori delle più re-
centi generazioni.
Esaminando le figure 3 e 4 è possibile vedere come vengono rica-
vati i segnali in retroazione della corrente e della tensione di batte-
ria. Si tratta in entrambi i casi di segnali differenziali che per la loro
misura richiedono un convertitoreA/Ddi tipo differenziale,mentre
i convertitori A/D disponibili in un gran numero di microcontrol-
lori sono di tipo single-ended (ovvero riferiti a massa). I circuiti
riportati nelle figure 4 e 5 possono essere modificati in maniera
semplice inmodo da produrre un segnale single-ended per tutti e
tre i parametri – tensione, corrente e temperatura – differenziando
la massa del microcontrollore e quella dell’alimentazione.
Il terminale negativo della batteria opera come la massa del mi-
crocontrollore. In questo modo la retroazione della tensione, della
temperature e della corrente è riferita alla massa del microcon-
trollore, consentendo in tal modo di effettuare una misura con il
convertitore A/D di tipo single-ended. Per la retroazione della cor-
rente è necessaria l’introduzione di una tensione di offset positiva
poiché la tensione di retroazione sarà negativa quanto la batteria è
carica. Come si può dedurre osservando la figura 5, i resistori R3
e R4 forniscono la tensione di offset richiesta.
Algoritmo di carica:
la CPU legge le letture del convertitore A/D
relative a tensione di batteria, corrente di carica e temperatura e
controlla il duty cycle del modulatore PWM secondo il profilo di
carica. La velocità alla quale la CPU effettua il monitoraggio dei ri-
sultati del convertitore A/D e controlla il modulatore PWM è frutto
di un compromesso tra tempo di risposta dell’anello e consumo di
ampiezza di banda della CPU.
Parametri del convertitore A/D e risoluzione del modulatore
PWM:
l’accuratezza e la risoluzione del convertitore A/D e la riso-
luzione del modulatore PWM sono parametri importanti da pren-
dere in considerazione nel progetto di un carica batterie. La riso-
luzione del convertitore A/D definisce il livello di precisione con
cui è possibile misurare la tensione di ingresso (in questo caso le
tensioni di retroazione). La risoluzione del modulatore PWM defi-
nisce il livello di precisione con cui è possibile modificare il duty
cycle del segnale di uscita, che a sua volta determina la tensione
di uscita del circuito per il controllo della corrente. Si tratta di un
aspetto che assume una maggiore importanza quando la tensio-
ne della batteria ha raggiunto un valore prossimo a quello della
carica completa. Il livello di controllo dipende da tre fattori: riso-
luzione del convertitore A/D, accuratezza di misura e granularità
Fig. 4 – Schema di un regolatore buck a commutazione