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Leistungselektronik / Stromversorgungen
Lade-ICs
Bilder: Texas Instruments
rung der Funktion zum Beenden des Ladevorgangs und ein vorzeitiges
Ablaufen des Timers zu nennen. Das Power-Path-Management
(Bild 3) beseitigt diese Probleme, indem der Akkustrom getrennt
von dem vom System aufgenommenen Strom überwacht wird.
Minimale Systemspannung
Beim traditionellen Ansatz ist die Systemspannung stets mit der
Akkuspannung identisch. Im Falle eines tiefentladenen Akkus laufen
die angeschlossenen Systeme daher erst an, wenn sich der Akku
auf ein nutzbares Spannungsniveau aufgeladen hat. Beim PPM-
Verfahren wird die Systemspannung dagegen getrennt von der
Akkuspannung geregelt. Daher ist hier ungeachtet der Akkuspannung
eine minimale Systemspannung möglich. Der Laderegler
bq25060 bieten lediglich diese Funktion.
Kürzere Ladezeiten
Da der Systemstrom und der Ladestrom getrennt voneinander
programmiert werden, kann die volle Leistung des Adapters ungeachtet
der Akkukapazität und des Ladestromes genutzt werden. In
herkömmlichen Topologien muss der Ausgangsstrom des Ladereglers
auf den maximalen Ladestrom für Betriebszustände eingestellt
werden, in denen keine Systemlast vorhanden ist. Bei Anliegen
einer Systemlast wird der effektive Ladestrom um den Betrag
reduziert, den das System vom verfügbaren Strom aufnimmt.
Bild 2 (oben): Beispiel für eine traditionelle Topologie.
Bild 3 (links): Beispiel für eine Power-Path-Topologie.
Eingangsspannungsabhängiges dynamisches
Power-Management (VIN-DPM)
Um bei einer Überlastung der Eingangsquelle kurzzeitige Spannungseinbrüche
(Brown-outs) zu vermeiden, ist in mehreren Bausteinen
ein eingangsspannungsabhängiges dynamisches Power-
Management (VIN-DPM) implementiert. Diese Regelschleife setzt
den Grenzwert für den Eingangsstrom herab, um ein Einbrechen
der Eingangsspannung zu verhindern. Die VIN-DPM-Regelschleife
regelt die Eingangsspannung so nach, dass der aus der Quelle
aufgenommene Strom maximiert wird. Bild 4 zeigt die Ergebnisse
einer Überlastung des USB-Ports ohne den VIN-DPM-Schutz.
Das VIN-DPM verhindert das Pulsieren, indem es den Eingangsstrom
so weit begrenzt, dass die Eingangsspannung nicht einbricht.
Bild 5 zeigt die Ergebnisse bei Überlastung des USB-Ports.
NTC-Überwachung (einschließlich JEITA)
Die Akkutemperatur muss während des Ladens unbedingt überwacht
werden, um Beschädigungen oder sogar das Explodieren
des Akkupacks zu verhindern. Diese Überwachung wird üblicherweise
mit einem NTC (Heißleiter) bewerkstelligt. Bei vielen Ladereglern
ist eine NTC-Überwachungsfunktion im IC integriert.
Diese ICs überwachen die Temperatur und unterbrechen den Ladestrom,
sobald die Akkutemperatur unsichere Werte erreicht.
Als De-facto-Industrienorm für die Temperaturüberwachung
beim Laden von Akkus etabliert sich derzeit der hierfür von der
japanischen Standardisierungsorganisation JEITA ausgearbeitete
Standard. Dieser Standard gibt Richtwerte für einige mittlere Temperaturen
vor, bei denen die Ladespannung oder der Ladestrom
reduziert wird, um die Sicherheit im Ladebetrieb zu erhöhen. Dieser
JEITA-Standard ist in neueren Laderegler-ICs implement.
Einhaltung der Voraussetzungen für das Laden per USB
Für das Laden über eine USB-Schnittstelle stehen zahlreiche Laderegler-ICs
zur Verfügung, bei denen die Stromgrenzwerte gemäß
USB100 und USB500 integriert sind. Wenn alle nachgelagerten
Schaltungen am Ausgang eines USB-Ladereglers betrieben werden,
kann der Entwickler gewährleisten, dass die USB-Stromgrenzwerte
nicht überschritten werden. (sb) n
Der Autor: William Hadden ist Systemingenieur im Bereich Battery
Charge Management bei Texas Instruments.
Bilder: Texas Instruments
Bild 5: Eingangsüberlastungsschutz mit VIN-DPM.
Bild 4: Einbrechen der Eingangsspannung ohne VIN-DPM.
40 elektronik industrie 04/2011
www.elektronik-industrie.de
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