AN155 - 利用微控制器调节MP2759 充电电流

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摘要

很多电池供电设备都需要在不同的工作模式下实时调整充电电流,以提高性能。例如,电池制造商可能要求在不同温度下提供特定的充电电流水平,以保证电池安全。尽管MP2759本身已支持根据JEITA 标准来调节充电电流,但如果采用微控制器 (MCU) ,则可以进一步增强用户配置功能。

MP2759可以通过连接在ISET引脚和AGND之间的电阻 (RISET)来调节充电电流。本文将介绍一种方法,基于充电电流调节功能,利用MCU来实现MP2759 充电电流的实时调节。文章将介绍MP2759 这款器件,阐述 RISET 与充电电流之间的关系,给出充电电流实时调节MCU方法设计指南,并提供设计示例和测试结果。

简介

MP2759可以通过连接在ISET引脚和AGND之间的电阻(RISET)来调节充电电流。本文将介绍一种方法,基于充电电流调节功能,利用MCU来实现MP2759 充电电流的实时调节。文章将介绍MP2759 这款器件,阐述 RISET与充电电流之间的关系,给出充电电流实时调节MCU方法设计指南,并提供设计示例和测试结果。

$$ I_{\text{CHG}} = \frac{96\,(\text{k}\Omega)}{R_{\text{ISET}}\,(\text{k}\Omega)} $$

尽管通过 RISET可以调节充电电流,但其实时调节功能并不可靠。利用MCU 的PWM ,则可以实现更加可靠的充电电流实时调节功能。图 1 所示为MP2759的标准应用原理图。

图1: MP2759标准应用原理图

MCU 方法细节

MP2759k可以通过ISET引脚读取不同的电阻值来调节充电电流。由于ISET引脚始终保持1.2V的恒定电压,因此改变ISET引脚和AGND之间的等效电阻就可以调节充电电流。通过修改 MCU 的PWM占空比可以带来这种改变。

图2:ISET引脚上的等效电路

MCU 方法概述

图 3 展示了如何设计MP2759 ISET引脚上连接的等效电阻电路。

图3: 等效电阻设计电路

PWM信号具有可控占空比。该信号由 MCU 产生,并经过RC 滤波器(由 R2, R3, and CISET组成)滤波为直流信号。ISET引脚和AGND之间的等效电阻 (REQ) 可利用公式 (2) 来计算:

$$ R_{\text{EQ}} = \frac{1.2 R_1 G_{123}}{1.2 G_{123} - \left( \frac{\text{DUTY} \cdot V_{M\_PWM}}{R_2} + \frac{1.2}{R_1} \right)} $$

其中DUTY 为PWM占空比,VM_PWM 其中DUTY 为PWM占空比,G123 可通过公式(3)来估算:

$$ G_{123} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} $$

对于公式1、2和3,REQ 必须大于0Ω 。因为当 REQ 降至 0Ω 以下时,ICHG = 0A。表1列出了基于PWM输入得到的充电电流。

表1:充电电流vs. PWM输入

PWM 输入 PWM 占空比 充电电流
GND 0% 最大充电电流
逻辑高 100% 0A
PWM 占空比 0% 至 MAX_DUTY(1) 线性调节充电电流
浮空 N/A 96(kΩ)/R1+R3

注:

1) MAX_DUTY是充电电流降至0A时的最大PWM占空比,建议值:约80%。

相关参数设计指南

根据上述分析,可按照以下原则来设计参数 R1, R2, R3, CISET):

  • 最大充电电流对应的等效电阻 RMAX_ICHG可通过公式(4)来计算:
  • $$ R_{\text{MAX_ICHG}} = R_1 + R_2 \parallel R_3 $$
  • 选择合适的 R1,可通过公式 (5) 来估算:
  • $$ R_1 = 0.5 \cdot R_{\text{MAX_ICHG}} $$
  • 解方程,然后通过公式 (6)来计算 R2 和 R3 :
  • $$ \left\{ \begin{array}{l} R_2 \parallel R_3 = R_{\text{MAX_ICHG}} - R_1 \\ \displaystyle \frac{\text{MAX_DUTY} \cdot V_{M\_PWM} - 1.2}{R_2} = \frac{1.2}{R_3} \end{array} \right. $$
  • 选择合适的 CISET 将PWM信号滤波为直流信号;可通过公式 (7) 来估算:
  • $$ \frac{1}{2\pi (R_2 \parallel R_3) C_{\text{ISET}}} \ll f_{\text{PWM}} $$

    其中 fPWM 是PWM频率。

    设计示例

    本节内容将给出设计示例,当 MAX_ICHG =2.7A,MAX_DUTY =80%,VM_PWM=3.3V,fPWM=2kHz时,如何设计相关参数实现充电电流的实时调节。

    设计流程

    1. 使用公式(8)计算 RMAX_ICHG :

    $$ R_{\text{MAX_ICHG}} = \frac{96\,\text{k}\Omega}{\text{MAX_ICHG}} = 35\,\text{k}\Omega $$

    2. 选择 R1=20kΩ.


    3. 使用公式(6)计算出 R2=33kΩ、R3=27kΩ。


    4. 设置 CISET=1µF ,将PWM信号滤波为直流信号。

    设计结果

    根据上面确定的参数搭建演示板,以验证上述MCU方法的有效性。图4所示为演示板原理图。

    图4: MP2759充电电流调节应用演示板原理图

    测试条件: VIN=16V, VBATT=12V, VM_PWM=3.3V, and fPWM=2kHz。对演示板进行测试的结果显示,充电电流和PWM占空比之间存在线性关系,并且占空比具有0%至82%的宽范围(见图5)。

    图 5:充电电流vs. PWM占空比

    MP2759不会出现过冲或下冲情况(见图 6),器件的启动和关断过程也正常(见图 7)。

    所有测试结果均验证了本应用说明中介绍的设计方法有效。

    图6: 充电电流在0.5A 和2.4A之间变换

    图7: MP2759启动/关断波形(占空比 = 50%)

    结语

    可调充电电流可以优化充电性能。本应用说明提出了一种利用 MCU 实时调节MP2759充电电流的方法,同时给出了设计示例,并通过测试结果验证了该方法的有效性。

    补充资料

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