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基于充电管理芯片bq24161及控制芯片TPS2419的双电池供电设计方案

基于充电管理芯片bq24161及控制芯片TPS2419的双电池供电设计方案

点击数:7644 次   录入时间:03-04 11:51:55   整理:http://www.55dianzi.com   科研成果

    下面在备电突然插入或者拔出的情况下,针对不同的条件对TPS2419ORing电路的工作原理进行分析,图3是备电插入、拔出系统供电流程图。

     

备电插入、拔出系统供电流程图

     

    1) 当主电池给系统供电时,插入备电,如果备电电压满足VBAT2_SYS-VSYS>65mV,那么备电的TPS2419会打开外部的MOSFET,备电给系统供电,VSYS=VBAT2_SYS-Vdrop2,其中Vdrop2是MOSFET上的导通压降。对于主电的通路来说,如果此时VBAT1_SYS-VSYS满足关断条件,那么主电池通路的MOSFET会关断,由备电给系统供电,关断过程中VSYS电压保持稳定,能够保证系统供电的可靠性。如果VBAT1_SYS-VSYS不满足关断条件,那么主电的通路的MOSFET仍然导通,此时主电备电的同时给系统供电。

    2) 当主电池给系统供电时,拔出备电,因为此时备电通路MOSFET没有打开,拔出备电对VSYS没有任何影响,VSYS仍然由主电来提供。

    3) 当备电给系统供电时,拔出备电。在拔出备电的过程中VSYS电压会有下降的趋势,当VSYS电压跌落到主电通路VBAT1_SYS-VSYS>65mV的导通门槛时,主电回路的TPS2419会迅速打开MOSFET,VSYS电流由主电池来提供,由于TPS2419能够迅速打开,因此在整个切换过程中能够保证VSYS供电的可靠性。

    综合以上几种条件下分析,表明本文中TPS2419设计实现的ORing电路在备电突然插入或者拔出的情况下,能够完全保证系统供电的可靠性。



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    下面先来分析讨论一下主电通路TPS2419电路的设计,如图4所示。

     

主电通路TPS2419电路的设计

     

    TPS2419的A、C引脚电压检测输入引脚,用来检测外部MOSFET上的压降,分别连接MOSFET的源极和漏极,分别连接470nF的去耦电容。对于MOSFET的选择要考虑电压等级、RDSOn、尺寸、驱动电压等级以及成本等因素。本设计中采用CSD16412Q5A型N-MOSFET,其VDS电压等级为25V,RDS(on)只有13mΩ。为了最大程度减小对TPS2419内部电源的干扰,BYP引脚需要连接一个2.2nF的去耦电容。GATE引脚提供外部MOSFET的栅极驱动信号,其强健的驱动能力可以使得TPS2419在100-200ns的时间里迅速的关断外部MOSFET,为了防止过快的电流变化对电路的影响,需要GATE引脚与MOSFET的栅极之间串联一个10Ω~200Ω的电阻,本设计中选取30Ω电阻R13.RSET引脚是用力设置MOSFET的关断门槛,如下式:

     

     

    负的关断门槛可以防止由于总线上噪声引起的误关断动作,但也会造成大的反向电流;正的关断门槛可以防止或减小反向电流,但是对噪声的敏感度高,易在轻载时不断关断、重起。由于本设计是针对电池的应用,输入电源噪声很小,另外负载电流不太大,为了尽量防止反向电流引起的电池之间互充,可以设置关断门槛为0mV,因此取

     

     

    EN引脚为TPS2419的使能控制,为了最大限度的减小系统待机时候的静态电流,当系统处于待机条件下OREN1信号拉低,TPS2419处于不使能状态,静态电流可以维持在最小,此时系统的供电经过肖特基二极管D2来提供。

     

备电通路TPS2419电路的设计

     

    图5是备电通路TPS2419电路的设计。

    备电池通路与主电池通路TPS2419电路设计基本相同,只是MOSFET管的设计稍有区别。对于相同部分的电流这里不再赘述,只对MOSFET部分进行分析讨论。如果在应用中需要关断备电池的放电,如果选用单MOSFET的设计,当OREN2设置TPS2419处于不使能状态时,如果备电池电压高于VSYS时,电流就会从外部MOSFET的体二极管流向VSYS,从而不能断开备电的放电,因此这里需要采用对管的结构,这样就可以完全切断备电放电的通路。

    2.4 实验结果分析

    测试电路在静态负载以及动态负载不同负载条件下,系统供电电压VSYS的稳定性以及VBAT1_SYS与VBAT2_SYS之间是否相互影响:

    1) 备电不在位,主电提供系统电压VSYS,VBAT1_SYS>VBAT2_SYS条件下插入备电。过程中不存在主电、备电切换供电过程,测试VSYS电压的稳定性以及备电对主电通路的影响;

    2) 备电不在位,主电提供系统电压VSYS,VBAT1_SYS<=“” p=“”>

    3) 备电在位,主电提供系统电压VSYS,VBAT1_SYS>VBAT2_SYS,拔出备电。过程中不存在主电、备电切换供电过程,测试VSYS的稳定性以及备电对主电通路的影响;

    4) 备电在位,备电提供系统电压VSYS,VBAT1_SYS<=“” p=“”>

    下面分为静态负载电流以及动态负载电流两种情况,在不同工作条件下测试系统电压VSYS的稳定性以及VBAT1_SYS与VBAT2_SYS之间是否相互影响,其中:CH1-VSYS,CH2-VBAT1_SYS,CH3-VBAT2_SYS,CH4-ISYS.

    1) 持续负载电流条件下测试

    测试方法:VSYS系统供电端上加恒定3A静态电流负载,在主电、备电供电条件下,测试备电插入、拔出过程中VSYS电压的稳定性和稳定性。

     

持续负载电流条件下测试

     

     

持续负载电流条件下测试

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持续负载电流条件下测试

     

    测试结果表明:在静态电流负载条件下,备电的插入、拔出能够保证系统电压VSYS电压的稳定性以及供电的可靠性,另外备电的插入、拔出不会对主电电源产生影响。

    2) 动态负载电流条件下测试

    VSYS提供功率放大电路电源,功放工作在最大功率发射条件下,动态负载电流在0~3A之间持续变化,高低电流的持续时间均为500us,电流变化率为1A/us.测试备电插入、拔出过程中VSYS供电的可靠性。

     

动态负载电流条件下测试

     

     

动态负载电流条件下测试

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