[Gorby 6]

Уважаемые коллеги, требуется совет сообщества.

Есть прибор, питаемый от сети через встроенный АС\DС модуль с выходным напряжением 15В. Он может обеспечить ток до 12А, что более чем вдвое превышает максимальные потребности устройства (2-4А). Ну, запас карман не рвет. Внутри прибора имеется батарея LiPo аккумуляторов в сочетании 4S2P, что дает номинальное напряжение порядка 15В (14.8В по бумагам). Емкость батареи 5000mAh , ток разряда 4А - то есть встроенными в чипы-контроллеры транзисторами не обойтись, нужны внешние. Хочется обычных в таких случаях вещей - работа устройства от сети, мягкий (безразрывный, т.е. без реле) переход на батарею при пропадании сети, возврат при появлении сети. А когда сеть есть, подзаряжать батарею по необходимости. Вроде просто. И иметь выключатель питания на два фиксированных положения - Вкл и Выкл.

Полно специализированных микросхем (например BQ24618RGET), которые вроде решают часть задач, но в силу своей внутренней сложности получить хорошее (стабильно работающее) решение не получается. Мой предшественник, использовав этот контроллер, вынужден был спроектировать отдельный модуль на ардуине, который раз в 10 минут снимал с него питание с помощью реле - ибо схема спорадически не хотела переходить в режим зарядки. А так лупанул PowerOnReset, контроллер расчухался и начал заряжать. Стыд, как грится и срам. Еще момент, этот контроллер для зарядки требует входного напряжения 20В (напомню, есть входное 15В). Предшественник не справился также с проектированием BOOST преобразователя 15->20В, который постоянно горел. Дошло до маразма - купили на Алиэкспресс готовый бустер на XL6009E1, который работал, но грелся сильно. Так его обмотали черной тканево-резиновой липкой лентой (!) чтобы не поплавил чего еще. При всем при этом в схеме задействованы 4 реле. Их контакты попарно запараллелены (!). Ну жуть в общем.

А вопрос такой: искать чудо-микросхему, выполняющую все хотелки? Городить всё на россыпи? Взять готовые проверенные BUCK и BOOST и самому соорудить управление на ПИК\АВР? Кто как делал, из вашего личного опыта? Вопрос миниатюризации остро не стоит. А вот тепловыделения хотелось бы как можно меньше.

[Plain 184]

15 В напрямую никак не хватит, потому что номинал банки 4,2 В, и про балансировщик Вы не сказали.

[Gorby 6]

Батарея выводов балансировки не имеет.

Ну ясно, что не хватит. Тут вопрос - что делать?

- бустер с 15 до 20, затем бак чарджер

- маленький изолированный (трансформатор? SEPIC?) на 3-5В последовательно с входным напряжением и им регулировать ток зарядки

- SEPIC c 15В он же чарджер.

- еще варианты?

[Plain 184]

Если нужен просто да/нет 4 А ток заряда, тогда автогенераторный SEPIC на компараторе, наверное, будет самым дешёвым и простым решением.

[Gorby 6]

Спасибо. Ну не так же простецки :)   Для ЛиПо нужно по крайней мере два режима: зарядка полным зарядным током (с контролем температуры)  и "дозаправка"  постоянным напряжением. Думаю, оба легко реализуемы на SEPIC.  Не покажете пример "автогенераторный SEPIC на компараторе" ?

[Plain 184]

У меня из такого готового лишь другие топологии, SEPIC пока нет, к вечеру накидаю.

[Gorby 6]

1 hour ago, Plain said:

У меня из такого готового лишь другие топологии, SEPIC пока нет, к вечеру накидаю.

Попробовал на TI их калькулятор. С первого взгляда получается, что SEPIC на заявленные параметры получается около 90% КПД. Наверное, из-за диода в том числе. Можно КПД сепика получить 95-96% ?

А бак-буст (где катушка в мосту с 4-мя ключами) получается около 98% КПД.  Как думаете, это определяется топологией?

Использовал параметры:  Входное напряжение 14-16В,  Выходное напряжение 15В 3А.

[byRAM 24]

А зачем высокий КПД при заряде, когда КПД самого зарядного устройства с аккумуляторами низкий, а по входу огромный запас по току?

Проще продувать получше, чем КПД повышать, да ещё такой дорогой ценой.

Я бы вообще стэпап-бустом в режиме ограничения тока ограничился. Вот и вся зарядка получится дёшево и эффективно.

[Gorby 6]

13 minutes ago, byRAM said:

А зачем высокий КПД при заряде, когда КПД самого зарядного устройства с аккумуляторами низкий, а по входу огромный запас по току?

Проще продувать получше, чем КПД повышать, да ещё такой дорогой ценой.

Я бы вообще стэпап-бустом в режиме ограничения тока ограничился. Вот и вся зарядка получится дёшево и эффективно.

Аккумулятор и зарядник находятся внутри прибора, который заполнен всякой не очень теплопроводной всячиной. Скорее даже изолятором. Поэтому вопрос невыделения лишнего тепла важен. И вентилятор внутри не очень желателен из-за шума и просто некуда выдувать.  Цена большого значения не имеет, тиражи небольшие.

Ну дешево наверное, да. Эффективно - очень вряд ли.

Ну и до кучи, есть еще один подводный камень, не описанный ранее. При входном напряжении от БП 15В и батарее 4S2P  имеем эту внутреннюю шину реально до напряжения 4-х разряженных ЛиПо ячеек =11В.  А на многих периферийных платах стояд недорогие DCDC конверторы  15->12В. То есть они работать правильно не будут. А хочется максимально продлить работу от батареи. Вот и видится использование такого же (или того же) бакбуста\сепика при питании от батареи. Думаю, если извернуться на пупе, то одним можно обойтись. Но можно просто идентичную плату вставить. И тут уже очень важно, чтобы она с высоким КПД была.

[byRAM 24]

2 часа назад, Gorby сказал:

Аккумулятор и зарядник находятся внутри прибора, который заполнен всякой не очень теплопроводной всячиной. Скорее даже изолятором.

Так что, модуль питания снаружи прибора? Тогда его и меняйте или дорабатывайте.

Создалось впечатление, что где-то какая-то нестыковка или когнитивный диссонанс. 

Изменено 27 марта, 2022 пользователем byRAM

[Plain 184]

Вот почти самостоятельный зарядник, и как он заряжает Cbat, который здесь вместо батареи:

 

 

КПД=94%, это по 1 Вт первые попавшиеся силовые транзисторы, по 500 мВт стандартные 12-миллиметровые дроссели, и по 120 мВт транзисторы драйвера. Помимо одного, а не двух дросселей, КПД 4-транзисторного повышающе-понижающего больше за счёт того, что один из последовательно включённых транзисторов включён постоянно, поэтому отсутствуют его динамические потери.

 

Поскольку компаратор простой, ему требуется вольтодобавка VB, поэтому, перед подачей сигнала разрешения EN, нужно подкачать на ней напряжение до номинала, посредством BST, это подрядка 10-ти меандров 500 кГц.

 

Как видно, схема полностью обратима, поэтому можно просто добавить вторую ОС на ещё одной TL431, и схема будет стабилизировать ещё и 12 В на своём входе, когда там исчезнут 15 В, которые соответственно должны приходить через идеальный диод, если выход этого БП потребляет существенно.

Изменено 27 марта, 2022 пользователем Plain

[mantech 40]

26.03.2022 в 16:13, Plain сказал:

15 В напрямую никак не хватит, потому что номинал банки 4,2 В, и про балансировщик Вы не сказали.

Конечно не хватит. Тут типичная задача батареи ноутбука, а это 18-19В входное питание, а затем берете любую схему ноута, смотрите систему зарядки и в путь... Зачем изобретать велосипед - непонятно...

Либо вариант №2 - берем дешевую свинцово-кислотную батарею на 12В, которая прекрасно зарядится от 15В входного, затем к ней на разряд ставим буст 12->15В и все...

Изменено 27 марта, 2022 пользователем mantech

[ДЕЙЛ 30]

Shemagee под рукой нет, поэтому в паинте нарисовал. Если напряжение источника совпадает с напряжением аккумулятора, то я сделал бы бесперебойник по такой схеме. Здесь показана общая идея, а так вместо резистора можно вставить источник тока на двух транзисторах и можно добавить схему отключения аккуммулятора при его полной зарядке. Аккумулятор будет постоянно подзаряжаться, а в случае пропадания питания он мгновенно перехватит эстафету. 

 

Изменено 31 марта, 2022 пользователем ДЕЙЛ

[vladec 9]

А если Источник питания AC-DC или DC-DC с трансформатором и диодным выпрямителем на выходе, то можно и входной диод из схемы выбросить.

[byRAM 24]

1 час назад, vladec сказал:

А если Источник питания AC-DC или DC-DC с трансформатором и диодным выпрямителем на выходе, то можно и входной диод из схемы выбросить.

Это 180-Ваттный на линейном трансформаторе? Крайне сомнительно 

Давно я таких не видел, импульсные давно трансформаторы на 50 Гц вытеснили практически везде, кроме лабораторных.