Buck-Boost-Batterieladeregler für den steigenden Leistungsbedarf | DigiKey

Die zunehmende Abhängigkeit von immer leistungsfähigeren batteriebetriebenen Geräten kann dazu führen, dass verschiedene Batterieladegeräte für jede gewünschte Anwendung entwickelt werden müssen. Texas Instruments (TI) bietet einen effizienteren Weg mit einem Buck-Boost-Batterieladeregler, der das Laden von Batterien mit hoher Leistungsdichte über einen breiten Spannungsbereich ermöglicht. Er kann auch für bidirektionales Laden für Standardanwendungen mit USB Power Delivery (USB PD) und Extended Power Range (EPR) konfiguriert werden.

Anstatt separate Batterieladegeräte für jede Anwendung zu entwickeln, kann der Batterielade-IC BQ25756 (Abbildung 1) von TI mit breitem Spannungseingang (V_IN) und breitem Spannungsausgang (V_OUT) verwendet werden, um universelle Ladelösungen zu schaffen, die für verschiedene Eingangsadapter und Batteriekonfigurationen verwendet werden können. Anstatt ein Ladegerät für einen 36-Volt-Akku und ein anderes für einen 48-Volt-Akku zu entwickeln, kann ein gemeinsames Ladegerät für beide Modelle entwickelt werden, was die Anzahl der Entwicklungsschritte und die Kosten reduziert.

Abbildung 1: Bidirektionaler Buck-Boost-Batterieladeregler BQ25756 von Texas Instruments. (Quelle: Texas Instruments)

Es können die Vorteile des BQ25756 genutzt werden, der anpassbare Onboard-Ladeprofile bietet, die auf die spezifischen Anforderungen jeder Batterie zugeschnitten sind, einschließlich hoher Zellzahlen, hoher Betriebsspannungen und verschiedener Batteriechemien. Entwicklungsteams können einen einfachen Übergang zum Laden der nächsten Generation elektrifizierter Produkte einleiten und das beste Ladeerlebnis für so unterschiedliche Anwendungen wie Smartphones, Bohrmaschinen, E-Bikes, tragbare Ladegeräte und Solarpanels bieten.

Der Buck-Boost-Schaltregler bietet einen Eingangsspannungsbereich von 4,2 V bis 70 V mit Unterstützung für Li-Ionen-, Li-Polymer- oder LiFePO₄-Akkus. Bei Li-Ionen- und LiFePO₄-Akkus prüft die Komponente die Batteriespannung und lädt die Batterie in verschiedenen Phasen: Erhaltungsladung, Vorladung, Konstantstromladung (CC) und Konstantspannungsladung (CV). Der BQ25756 unterstützt das Laden von Lithium-Ionen-Akkus mit 1 bis 14 Zellen oder LiFePO₄-Profile mit 1 bis 16 Zellen.

Im Reverse-Modus bezieht das Gerät Strom von der Batterie und regelt die Eingangsklemmenspannung mit einer zusätzlichen Konstantstromschleife zum Schutz, die USB-PD-EPR-Leistungsprofile unterstützt. Das USB PD EPR ermöglicht die Entwicklung einer Anwendung, bei der ein Akku als Powerbank für andere Geräte mit variablen Ladeprofilen fungieren kann, z. B. ein Akku für einen elektrischen Rasenmäher, der den kabellosen Staubsauger des Verbrauchers auflädt.

USB-C-Strom- und -Datenanschlüsse erlangten eine beträchtliche Marktdurchdringung, als Apple im Jahr 2023 ankündigte, dieses Format für die iPhone-15-Modelle zu übernehmen. Nur wenige Hersteller können einer Vorgabe der Europäischen Kommission von Ende 2024 widerstehen, wonach nur noch USB-C-Adapter in neuen Mobilgeräten wie Telefonen, Tablets und sogar Tastaturen und Headsets verwendet werden dürfen.

Viele Geräte und Ladesysteme wurden nach einer früheren USB-PD-Spezifikation entwickelt, die einen Leistungsbedarf von bis zu 100 W unterstützte. Dies gilt heute als Standardleistungsbereich (SPR) für USB, während EPR bis zu 240 W unterstützt. Obwohl der BQ25756 von TI Anwendungen unterstützt, die über USB-C PD hinausgehen, ist es schwer, sich nicht für das Potenzial dieser zunehmend verbreiteten Spezifikation zu begeistern.

Entwicklungsteams, die universellere Ladegeräte anstreben, müssen sich immer noch mit der Tatsache auseinandersetzen, dass verschiedene Geräte auf Batterien mit sehr unterschiedlichen Zellenzahlen und Spannungsanforderungen angewiesen sind. Hier spielt der TI-Buck-Boost-Batterieladeregler eine wichtige Rolle.

Wenn ein Gerät geladen wird, kann ein Buck-Boost-Batterieladegerät die Quellenspannung absenken, wenn sie höher als die Batteriespannung ist, oder die Quellenspannung erhöhen, wenn dies nicht der Fall ist. Der BQ25756 bietet eine hocheffiziente Ladung über einen weiten Spannungsbereich mit hoher Genauigkeit, ±0,5% Ladespannungsregelung und ±0,3% Ladestromregelung. Er arbeitet im I²C-Host-gesteuerten Lademodus und unterstützt den Standalone-Lademodus durch über Widerstände programmierbare Grenzwerte.

Der TI-Controller verfügt außerdem über eine automatische Nachführung des maximalen Leistungspunktes (MPPT) für die Solarladung, das eine optimale Leistung der Solarmodule gewährleistet. Ein Batterieladegerät mit einem MPPT-Algorithmus findet selbstständig den Punkt maximaler Leistung (MPP) eines Solarmoduls unter verschiedenen Sonnenlichtbedingungen. Der weite V_IN- und V_OUT-Bereich des TI-Buck-Boost-Batterieladercontrollers kann die verschiedenen Ausgangsspannungswerte eines Solarpanels unterstützen.

Fazit

Der bidirektionale Buck-Boost-Batterieladeregler BQ25756 von TI bietet die Möglichkeit, universelle Ladelösungen mit höchster Leistungsdichte für industrielle Anwendungen zu entwickeln. Der branchenweit erste kompensationsfreie Buck-Boost-Laderegler mit einer Eingangsspannung von bis zu 70 V und einem Batteriebetriebsbereich von bis zu 14 Zellen ist eine leistungsstarke neue Option für Entwicklungsteams, die eine neue Generation von Ladegeräten entwickeln möchten, die mehrere Anwendungen und Geräte unterstützen können.