Mỗi cấu hình sạc chỉ tốt bằng tầng công suất cung cấp dòng của nó, nhưng chuỗi công suất tương tự lại là phần của bộ sạc thường bị xem là chi tiết nhỏ. Cấu trúc quyết định liệu bộ sạc NiMH chạy mát ở hiệu suất 90 phần trăm hay tỏa nhiệt nặng bằng chính trọng lượng của nó, liệu nó có giữ dòng không đổi chính xác cho phát hiện -delta-V hợp lệ, và liệu nó có thể hạ nhiều loại nguồn đầu vào xuống một pack nhiều cell. Bài này so sánh ổn áp tuyến tính và xung, phát triển bộ chuyển đổi buck như tầng chuẩn của bộ sạc NiMH, giải thích vì sao điều khiển chế độ dòng điện là sự kết hợp tự nhiên cho một hóa học được điều khiển bằng dòng, và lập bản đồ các đánh đổi hiệu suất-nhiệt-kích thước-EMI theo các phân loại bộ sạc, từ bộ sạc USB một AA đến các đơn vị nhiều cell.
Ổn áp tuyến tính sụt phần chênh lệch giữa điện áp đầu vào và điện áp pin qua một bóng bán dẫn nối tiếp, cung cấp dòng sạch, không gợn sóng, hầu như không nhiễu điện từ và số lượng linh kiện rất ít; cho một cell từ một nguồn khiêm tốn thì rẻ và hiệu quả, và việc không có gợn sóng dòng làm phép đo -delta-V đặc biệt sạch (Bài 6). Đây là lựa chọn kinh điển trong các bộ sạc NiMH rẻ tiền, dòng thấp.
Điểm yếu là công suất tỏa tán bằng dòng nhân với chênh lệch điện áp: sạc một pack nhiều cell từ một bộ đổi nguồn điện áp cao, hay sạc nhanh ở 1C, biến tầng tuyến tính thành một lò sưởi cần nhiều đồng cồng kềnh hoặc tản nhiệt, hạ hiệu suất tổng thể và thêm nhiệt cho chính các cell đang được sạc – tự phản tác dụng trong một bộ sạc nhanh nhạy cảm với nhiệt.
Bộ chuyển đổi buck đóng ngắt một cuộn cảm để hạ điện áp với hiệu suất cao – thường 85 đến 95 phần trăm –, nên ít công suất bị lãng phí thành nhiệt, cho phép các bộ sạc nhanh gọn và các pack trên dải đầu vào rộng; buck đồng bộ thay thế diode chạy tự do bằng MOSFET thứ hai để thêm vài điểm hiệu suất nữa, đáng giá ở các dòng sạc cao. Xung là cấu trúc chuẩn ở bất cứ đâu mà dòng, số cell hay nhiệt vỏ làm cho tỏa tán tuyến tính không thể duy trì.
Cái giá là độ phức tạp thiết kế: chọn cuộn cảm và tụ điện, bù vòng, điều khiển cổng MOSFET, và EMI dẫn/bức xạ phải được lọc và bố trí cẩn thận; gợn sóng xung cũng xuất hiện như nhiễu dòng và điện áp mà chuỗi cảm biến phải loại bỏ, một hệ quả trực tiếp mà phần mềm kết thúc phải tính đến.
NiMH đòi hỏi một dòng được kiểm soát, còn điện áp chỉ được cảm biến để kết thúc (Bài 15); điều khiển chế độ dòng điện điều chỉnh dòng cuộn cảm đỉnh hoặc trung bình trực tiếp theo lệnh của máy trạng thái, tạo ra giới hạn dòng sẵn có, phản ứng nhanh với các bước nhảy đầu vào và tải, và một dòng sạc ổn định, xác định rõ qua các mức nhanh, top-off và trickle. Vòng dòng bên trong giúp đơn giản hóa việc cung cấp đúng dòng mà cấu hình giả định – điều kiện tiên quyết cho -delta-V và dT/dt có thể diễn giải.
Bộ điều khiển (IC sạc chuyên dụng hay MCU cộng trình điều khiển cổng) ra lệnh cho điểm đặt dòng; tầng công suất thực thi nó từng chu kỳ. Các cấu hình nhiều tầng và xung (Bài 2, 13) trở thành thay đổi điểm đặt và chu kỳ làm việc, còn duy trì xung thành một điều chế dòng trung bình thấp mà buck tạo ra hiệu quả – những khả năng mà tầng tuyến tính chỉ cung cấp bằng cách tỏa tán.
Lựa chọn cấu trúc tuân theo quan hệ điện áp đầu vào-pin: buck phù hợp khi bộ đổi nguồn luôn vượt quá điện áp tối đa của pack; các dải rộng hoặc chồng lấn có thể cần buck-boost; đầu vào USB áp đặt các ràng buộc giới hạn dòng và liệt kê tương tác với dòng sạc. Bão hòa cuộn cảm phải vượt quá dòng sạc nhanh với biên độ dự phòng, điện dung đầu vào/đầu ra phải kiểm soát gợn sóng làm nhiễu cảm biến, và thiết kế nhiệt của tầng công suất được phối hợp với quản lý nhiệt cell của Bài 28 để nhiệt bộ chuyển đổi không bị nhầm là nhiệt độ cell.
Ở quy mô nhiều cell, hiệu suất trực tiếp quyết định nhiệt độ vỏ: một bộ sạc 30 W ở 85 phần trăm thải ra 5 W nhiệt bên trong, trong khi ở 93 phần trăm thải gần 2 W – thường là khác biệt giữa việc cần quạt gió cưỡng bức hay không.
Nhiễu xung và cảm biến pin dùng chung một bo mạch, nên bố trí đặt vòng công suất gọn, dùng cảm biến kiểu Kelvin tại cell thay vì qua sụt áp đầu nối, và đồng bộ lấy mẫu điện áp tránh các cạnh đóng ngắt (hoặc lọc dưới tần số gợn sóng); chính thiết kế đồng bộ này cho phép bộ sạc xung đạt được độ bền kết thúc tương đương bộ sạc tuyến tính. Hình đầu tiên đối chiếu luồng công suất và tỏa tán tuyến tính và buck; hình thứ hai lập bản đồ lựa chọn cấu trúc theo yêu cầu dòng và số cell.
Các chế độ hỏng – bão hòa cuộn cảm, ngắt nhiệt bộ xung, sụt đầu vào khi biến thiên solar/USB – phải làm suy giảm cấu hình sạc một cách an toàn (giữ hoặc giảm dòng) thay vì làm hỏng kết thúc.
Các IC quản lý sạc chuyên dụng (bài sau) tích hợp điều khiển bộ xung với kết thúc, nhưng thiết kế tầng công suất ngoài vẫn thuộc trách nhiệm của nhà thiết kế và quyết định hiệu suất và nhiễu khả thi. Weijiang cung cấp các đặc tính điện áp/dòng phía cell và độ nhạy với gợn sóng dòng giúp tinh chỉnh tầng công suất và cảm biến để kết thúc sạch. Bài sau mở chính IC quản lý sạc để cho thấy kiến trúc điều khiển và kết thúc được tích hợp trong silicon thế nào.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các cell nickel-metal hydride, các pack ghép nối và các cấu hình sẵn sàng sạc cho khách hàng dân dụng, công nghiệp, y tế và di động, đồng thời hỗ trợ đối tác bằng hướng dẫn giao thức sạc, hồ sơ hiệu năng IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-1 và cùng kiểm chứng bộ sạc. Hãy chia sẻ định dạng cell, tốc độ sạc, phạm vi nhiệt và mục tiêu chu kỳ, các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định tổ hợp cell-và-sạc bảo vệ cả thời gian chạy lẫn tuổi thọ. Xem qua dải sản phẩm trên trang sản phẩm.
