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[参考译文] BQ24650:采用 BQ24650的电源路径设计

Guru**** 2539500 points
Other Parts Discussed in Thread: BQ24650, BQ25895, BQ25703A, BQ25606, TINA-TI, TPS63070

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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/756067/bq24650-power-path-design-using-bq24650

器件型号:BQ24650
主题中讨论的其他器件: BQ25895BQ25703ABQ25606TINA-TITPS63070

您好!

BQ24650不提供电源路径、但我想尝试使用 PFET 设计电源路径电路、以便即使在电池未连接或电量不足时也能为系统供电。 您可以建议设计吗? 是否可以将系统负载优先于充电器电路? 如果没有足够的电流为负载供电并为电池充电、我想使用所有可用的电流为负载供电、而不是为电池充电。  

谢谢!

Emilija

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    您好、Emilija、

    充电器的动态电源管理(DPM)将系统负载优先于电池充电。 它需要更改内部控制环路。 使用外部电路实现将非常困难。 可以为电源路径添加 PFET、但 FET 的时序控制可能很复杂、无法在电源路径切换期间防止击穿。 TI 拥有主机控制的充电器、这些充电器具有可用于太阳能充电的电源路径和 DPM。 这是一个博客、讨论 e2e.ti.com/.../optimizing-solar-power-with-battery-chargers 应用

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    您好!

    我很难找到在没有微处理器的情况下工作的 IC。 您认为 bq25895可以正常工作吗? 它的默认充电电流为2A。 如果我的太阳能电池板只能提供几百毫安的电流、它是否仍然工作? 它是否会在不发生功率损耗的情况下自动调节?

    谢谢!

    此致、
    Emilija
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    如果我在充电电路前放置一个直流/直流转换器、bq25895 MPPT 是否仍能工作? 我们的太阳能电池板可能高达14.5V 甚至更高。

    或者、我是否可以在不使用微处理器的情况下使用 bq25703A?

    谢谢!
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    嗨、Emilija、

    如果没有主机控制器+算法、这两种器件都无法执行真正的 MPPT。 您将找到的最接近的器件可能是本文最初介绍的器件 BQ24650。

    该 MPPT 引脚实际上将为您的太阳能电池板提供一个固定电压运行点。 因此、对于低功耗面板或单个太阳能电池而言、这是一个相当折中的方案。 您可以将操作点设置为面板/电池的固定 VOC 百分比。


    此致、
    Joel H
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    您好、Joel、

    我无法使用 BQ24650、因为没有电源路径、我需要在没有电池的情况下工作。 除非我自己设计电源路径电路、否则我不确定如何设计。 你有什么想法吗?

    我仍在考虑使用 bq25895、因为数据表显示它具有最大功耗跟踪功能、并且针对该器件有一个应用手册、说明它使用太阳能电池板输入。 您认为它会起作用吗? 它不必为我们的设计带来超高效率。 是否可以在 bq25895之前放置一个直流/直流电源?

    还有其他建议吗?

    谢谢。

    此致、
    Emilija
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    嗨、Emilija、

    如果您的系统可以处理两种不同的电压电平(电池和输入)、则可以轻松添加电源路径。 如果仅采用 P-Ch. FET、以在您的系统(连接到 VBUS)和 BAT 之间实现此目的。 但是、如果您希望系统电压与电池电压保持一致、正如 BQ25895中所做的那样、则不会出现这种情况。

    有一个参考设计使用 BQ25895的太阳能输入、但对于 MPPT 跟踪、它需要 MCU 主机算法。 还有 VINDPM 阈值、该阈值将自动选择并使工作电压比电池板的 VOC 低600mV 或1.2V。

    最后、是的、您可以将稳压直流/直流转换器作为此充电器的输入。


    此致、
    Joel H
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    您好、Joel、

    充电电路后有一个直流/直流转换器、因此不同的电压电平是可以接受的。

    您能就 PFET 电源路径设计提供建议吗? 我不确定如何设计它、但我想尝试将 BQ24650与外部电源路径设计结合使用。

    如果我在没有主机控制器的情况下使用 BQ25895、工作电压是多少? 在充电电路之前、我将有一个来自直流/直流的5V 输入。

    谢谢!
    此致、
    Emilija
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    嗨、Emilija、

    对于电源路径、您可以实现如下所示的功能。 您需要调整阈值电压和电容值以增加一些导通延迟、并选择合适的 P-Ch FET。 请记住、电压将是电池电压或低于输入电压的二极管压降。  

    至于您对 BQ25895的问题、我有点困惑、因为您似乎在充电器前面放置一个稳压直流/直流转换器? 前端直流/直流是否会为您提供功率点跟踪? 就充电器而言、如果直流/直流的空载输出电压确实为5V、则默认 VINDPM 电压将为5V - 600mV = 4.2V。 这意味着充电器将允许其输入电压崩溃至4.2V、然后调节至该阈值。

    此致、

    Joel H

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    您好、Joel、

    请参阅下面我的原理图创意。 我想用 PFET 替换二极管以降低功率损耗。

    您认为这可以奏效吗?  

    为什么需要添加延迟才能切换到电池电源?

    至于 您对 BQ25895的问题、我有点困惑、因为您似乎在充电器前面放置一个稳压直流/直流转换器?

    我需要使用直流/直流、因为我的输入电压最高可达14.5V、BQ25895的最大输入电压为14V。

    前端直流/直流是否会为您提供功率点跟踪? 就充电器而言、如果直流/直流的空载输出电压确实为5V、则默认 VINDPM 电压将为5V - 600mV = 4.2V。 这意味着充电器将允许其输入电压崩溃至4.2V、然后调节至该阈值。

    ----例如,我能否将 VINDPM 电压增加到4.8V? 我需要主机控制器吗?

    我更喜欢将 BQ24650与电源路径设计结合使用。 我只需要帮助设计它。

    非常感谢!

    此致、

    Emilija

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    嗨、Emilija、

    该输入 PFET 配置将不起作用。 只要在任一侧存在电压、您就可以有效地使 FET 始终保持导通状态。 这意味着电池将对您的太阳能电池板短路。 如果电池组状况不佳/严重阴影、这可能会导致电池组保护和/或将电流从电池馈送到面板。

    我建议反向添加另一个具有小型控制 NFET 的 PFET、以便在存在太阳能电池板输入时将栅极驱动至接地。 您是正确的。 实际上、我会将延迟电路添加到此 NFET、以延迟输入 PFETS 的导通、从而为"BATFE" PFET 提供完全关断的时间。

    就您绘制的背靠背 FET 而言、我只会使用单个 PFET、其体二极管朝向 Vbat 的 VSYS 方向(实际上仅在您的电路中为 Q1)。 这将实现电源路径。


    对于 BQ25895、您需要使用主机控制器从默认值 VOC - 600mV 重新编程 VINDPM 阈值。


    此致、
    Joel H
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    您好、Joel、

    很抱歉耽误你的时间、我没上班了。

    我使用 Q2代替 BQ24650 D1的二极管进行反向保护。

    我添加了另一个 PFET Q4和 NFET 来打开 Q4和 Q2。 这是您的意思吗? 您能更详细地解释一下吗?

    我需要多长时间的延迟? 如果电源路径在太阳能电池板输入和电池之间切换、我不希望系统掉电和关闭。 我担心太阳能电池板输入将不稳定、并且将在电池和太阳能输入之间保持切换。

    "就您绘制的背靠背 FET 而言、我只会使用单个 PFET、其体二极管朝向 Vbat 的 VSYS 方向(实际上仅在您的电路中为 Q1)。 这将实现电源路径。 "

    您是说使用单个 FET 及其内部二极管吗? 它是否会提供反极性保护?

    正如我之前所说的那样、可以将 IN1和 IN2连接到 BQ24650电路的各个点吗?

    请查看我的原理图。 我不确定它是否能正常工作。

    谢谢!!

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    嗨、Emilija、

    您与我的建议非常接近。 作为参考、这是对您所连接的电路的修改:

    输入1uF 和输出40uF + 1A 负载是所需充电电路的一部分的示例。 其余与您提供的内容类似、但需要调整 BATFET 的驱动(电路中的 Q1)。  

    就太阳能电池板和电池交互而言:我们只希望延迟足够长、以便在输入保护 FET 完全导通之前关闭 BATFET。 您必须在 SPICE 仿真器中使用电容和电阻器值来了解您将根据实施的特定延迟看到的压降。 压降和任何振荡将取决于以下几个因素:

    1) 1)系统负载电流和输出电容

    2)充电电流

    3) 3)根据 RC 和施加到控制 NFET 和 P-Ch. BATFET。  

    4) 4) FET 阈值电压

    5) 5)充电器的可编程 MPPT 引脚电压设定点

    6) 6)电阻分压器分压比和面板的最低工作电压

    这不是一个完整的列表、但它将帮助您入门。 同样、造成延迟的主要原因是您的输入不会向电池提供尽可能多的电流。

    此致、

    Joel H

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    您好、Joel、

    谢谢! 我将尝试仿真和构建 PCB。 将 BQ24650典型应用中的 D1替换为 T3和 T2是否正确?  

    基本上将 T3左侧连接到 D1阳极、将 T2右侧连接到 D1阴极?

    我仍然不确定两个 PFETS 共源如何允许电源通过? 电源如何从 T2的源极流向漏极?

    此致、

    Emilija

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    嗨、Emilija、

    我在该电路上运行了一个快速 SPICE 仿真、用这个替换二极管就可以了。 因为您具有该控制 NFET (T4)。

    我的电路中缺少的一个东西是 VCMSRC 与 T2和 T3的共享栅极连接之间的上拉电阻。 您将需要在这里添加一个弱上拉电阻。

    在此配置中、PFET T2和 T3的体二极管阴极朝向 VCMSRC。

    在功率传输方面、施加输入功率时、T4 NFET 将导通、并将 PFET 的栅极下拉至接地、远低于共源极电压。 在无输入功率的情况下、共源极电压将是低于 VSYS 的二极管压降。 施加输入后、在 FET 完全导通之前、共源极电压将是低于输入电压 VIN 的二极管压降。


    此致、
    Joel H
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    您好、Joel、

    我是否需要在 VCMSRS 与 T2和 T3的栅极之间添加一个电阻器?

    什么是 VCMSRC、它必须连接在哪里?

    抱歉、即使 T2被打开、我仍然不明白电源如何从 T2的源极变为漏极? 当电源从 VIN 流向 VSYS 时、T2二极管将反向偏置?

    谢谢!

    此致、
    Emilija
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    此外、当系统由太阳能电池板供电时、我忘记了在 Vin 到 VSYS 之间添加一个从12V 到5V 的直流-直流转换器。 是否应在 T3和 T2之前或之后安装?

    可能还有另一种方法可以使 BQ24650在未连接电池时提供电源输出?

    谢谢、此致、
    Emilija
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    嗨、Emilija、

    电阻器是我在上一次答复中提到的上拉电阻器。

    VCMSRC 只是 SPICE 仿真器中的一个仿真节点。 它不必物理连接到任何其他位置。

    当 VIN 无效且非常低时、T2和 T3均关闭。 T2的体二极管将导通、并在 VCMSRC 节点处显示低于 VSYS 的二极管压降。
    当 VIN 有效时、T2和 T3都将打开、因为它们的栅极被拉至接地。 VSYS 将看到 VIN。 此时应关闭 T1。

    我们之所以使用 BQ24650、是因为您不必在输入端使用额外的直流/直流。 如果您要这样做、则使用此充电器没有意义、而是使用 BQ25895。


    此致、
    Joel H
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    您好、Joel、

    我是否需要在 VCMSRS 和 VIN 之间以及在两个栅极和 VIN 之间连接上拉电阻器? 不在它们之间? 为什么?

    我模拟了两个 PMOS 晶体管以相同的方式连接、并且电压不会通过第二个 PMOS。 我使用了 LT SPICE。 我会再试一次。

    我仍然想使用 BQ24650、因为它具有 MPPT、不需要 MCU。 我实际上使用 BQ25606打印并构建充电器 PCB
    它运行良好、我获得75%的效率。 充电器前有一个降压直流/直流、充电器后有一个升压。 但是、当我将电源电流限制一半时(如果太阳能电池板没有足够的光、则进行仿真)、效率下降到57%、因为我想充电器正尝试拉比其可能的电流更大、因为它具有固定的电流。

    我想将 BQ24650与电源路径结合使用。 只有当太阳能电池板为系统供电时、一个降压将被激活、而只有当电池为系统供电时、一个升压才被激活。 你怎么看?

    谢谢。

    此致、
    Emilija
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    这就是我要尝试设计的东西。 我还需要确保系统输出电压优先于充电 IC、因为电流不足。

    请查看下面的原理图。 我认为我不需要 Q2。

    谢谢。

    此致、

    Emilija

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    嗨、Emilijia、

    我刚刚在 TINA-TI 和 LTSpice 上测试了这一点、结果与我之前声明的结果相同。 确保您的 SPICE 模型使用真实的 PMOS、而不是没有体二极管的理想模型。 还要检查您的仿真条件。 必须设置电压阈值、以便 Q5充分导通、Q1在 Q4和 Q2导通之前关断。

    需要背对背输入 PFET、以便您不会使太阳能电池板和电池短路。 现在、您的电路中的 Q7没有任何功能、因为它始终被拉至接地。 实际上、电池可以通过这种常开 PFET 将电流推送到输入端。

    我还会移除 R18、或者至少将其与"太阳能"和 Q1栅极串联。

    关于如何将 BQ24650用于 MPPT 和额外的直流/直流转换器的注释。 由于您正在寻找5V 固定电压轨、我建议使用 BQ24650以及 TPS63070等降压/升压直流/直流转换器。 在这种情况下、您将看到如下所示的模型:

    此致、
    Joel H

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    您好、Joel、

    我想我回答了,但看不到今天的消息。  

    您建议的设计看起来很棒! 我将设计并构建一个 PCB。

    我有几个问题。 连接点 IN1和 IN2在哪里? 如果我以前有两个背靠背 FET、我实际上不需要 Q7。 我是否只是短接 IN1和 IN2? 或者、我是否将第一个 FET 的左侧连接到 IN1、将第二个 FET 的右侧连接到 IN2?

    此外、我不确定应该将什么电压设置为 MPPSET? 我读出我应该设置为 VIN 的80%。 但我有两个太阳能电池板、我可能使用的是6V 或12V。 我是否设置6V 的80%?

    感谢您的支持!

    此致、

    Emilija

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    您好、Joel、

    我在浏览有关此器件的其他问题、并找到了一些建议的答案、这些答案可能会删除电池检测功能。 在 SRN 和电阻器反馈网络之间连接肖特基二极管。 或者另一个答案建议添加5mF 电容器以诱骗器件连接了电池。 这种方法可能比设计电源路径更容易? 你怎么看?

    谢谢!

    此致、
    Emilija
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    您好、Joel、

     

    我是否应该按照本文档中的建议添加一个二极管以防止泄漏电流返回充电器?  www.tij.co.jp/.../slva829.pdf

    该文档指出、仅使用二极管而不使用额外的电容器将会消除电池检测功能。 这可能是适合我的应用的好解决方案吗? 我可以将负载连接到电池,不需要电源路径电路? 可以用吗? 还是会有问题、因为电池将始终处于充电模式、因为负载将消耗电流、这意味着电池寿命将缩短?

     

    此外、我还找到了以下电源路径设计文档:

    http://www.ti.com/lit/ug/sluu410/sluu410.pdf

    它看起来比我的设计更复杂,它使用 PG 引脚或 STAT2。 您认为我需要从该电路获取任何东西吗?

    我想保持简单,但我只是想与您核实是否有任何缺失。

    请参阅下面的原理图。 如果有任何问题、请告诉我。

    谢谢。

     

    此致、

    Emilija

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    嗨、Emilija、

    如果您使用的是我在上一次答复中建议的配置、则左背靠背 FET 将连接到 IN1、IN2将连接到右侧 FET。

    至于 MPPSET、您应该将这个值建立在6V 或12V 的基础上。 不是两者都有。 80%通常是太阳能电池板电压@ MPP 的适当估计值。 我还建议查看太阳能电池板数据表并查找峰值功率点电压(通常在给定的 I-V 曲线上)。


    此致、
    Joel H
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    这将不会实现您正在寻找的电源路径。 禁用电池检测使电池看起来始终存在。 实际上、即使您有电池、您也希望能够切换到输入源。 当您没有输入源时、电池就是电源。


    此致、
    Joel H
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    您所附的文档不是电源路径设计文档;它是该器件 EVM 系列的用户指南。

    该系列中的多个充电器(BQ246xx)具有一个电源选择器、该选择器同时利用 BATDRV 和 ACDRV 引脚在输入源与 SYS 之间切换。

    根据您的原理图、我建议您检查电阻分压器分压比和电容值、以确保其在您的电压范围内正常工作。 我之前给出的是基于特定电压的示例值。 您将需要在整个电池电压范围和太阳能输入电压范围内进行仿真、并查看是否有任何可能产生击穿的临界情况。 您还需要确保您的仿真使用具有自己规格的实际 FET 模型。 但在架构上、它看起来不错。 只需进行微调。


    此致、
    Joel H
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    您好、Joel、

    感谢您的评论。

    我不确定 MPPT 电压设置。 我们需要使用6V 或12V 太阳能电池板。 如果我将 MPPT 电压设置为5V、它是否仍可与12V 太阳能电池板配合使用? 如果12V 面板电压降至大约10V、会发生什么情况。 充电器是否会调整充电电流?

    此致、

    Emilija

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    您好、Emilija、

    您需要检查太阳能电池板规格以获得量化的答案。 一般而言、MPPT 约为太阳能电池板开路电压的80%。 %V 设置可能远离12V 面板 MPP。
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    感谢您的帮助、非常感谢。 我将尝试并测试它。