Il controller di carica per batterie buck/boost soddisfa le crescenti esigenze di potenza

La crescente dipendenza da dispositivi a batteria sempre più potenti può indurre i progettisti a realizzare caricabatterie diversi per ogni applicazione. Texas Instruments (TI) offre un percorso più efficiente con un controller buck/boost che consente di caricare le batterie ad alta densità di potenza su un ampio intervallo di tensioni. Può anche essere configurato per la carica bidirezionale con applicazioni standard USB Power Delivery (USB PD) a range di potenza esteso (EPR).

Invece di sviluppare caricabatterie diversi per ogni applicazione, i progettisti possono utilizzare il circuito integrato (CI) caricabatterie BQ25756 (Figura 1) di TI con un ampio intervallo di tensione in ingresso (V_IN) e in uscita (V_OUT) per creare soluzioni universali utilizzabili con diversi adattatori di ingresso e configurazioni di batterie. Invece di creare un caricatore per una batteria da 36 V e un altro per una batteria da 48 V, i progettisti possono realizzare un unico dispositivo per entrambi i valori, riducendo le iterazioni di progettazione e i costi.

Figura 1: Controller buck/boost caricabatteria bidirezionale BQ25756 di Texas Instruments. (Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

I progettisti possono sfruttare i profili di carica onboard personalizzabili del BQ25756, adattati alle esigenze specifiche di ogni batteria, tra cui un alto numero di celle, tensioni elevate e batterie con chimiche differenti. Possono intraprendere una semplice transizione verso la ricarica della prossima generazione di prodotti elettrificati e fornire la migliore efficacia in applicazioni diverse come smartphone, trapani elettrici, biciclette elettriche, caricabatterie portatili e pannelli solari.

Il controller buck/boost a modalità commutata offre un intervallo di tensione di ingresso da 4,2 V a 70 V con supporto di chimiche diverse come batterie agli ioni di litio, ai polimeri di litio o LiFePO₄. Per le chimiche Li-Ion e LiFePO₄, il dispositivo controlla la tensione della batteria e la carica applicando diverse fasi: carica di mantenimento, precarica, carica a corrente costante (CC) e carica a tensione costante (CV). Il BQ25756 supporta profili di carica da 1 a 14 celle Li-Ion o da 1 a 16 celle LiFePO₄.

In modalità inversa, il dispositivo assorbe energia dalla batteria e regola la tensione del terminale di ingresso con un circuito a corrente costante aggiunto per protezione, supportando i profili di alimentazione USB-PD EPR. L'USB PD EPR consente di sviluppare un'applicazione in cui un pacco batteria può funzionare come power bank per altri dispositivi con profili di ricarica variabili, come la batteria di un tosaerba che ricarica l'aspirapolvere cordless.

I connettori di alimentazione e dati USB-C hanno ottenuto una notevole espansione sul mercato da quando Apple ha annunciato, nel 2023, che avrebbe adottato questo formato per i modelli iPhone 15. Pochi produttori sono in grado di resistere alla direttiva della Commissione Europea di fine 2024 che prevede l'utilizzo esclusivo di adattatori USB-C su nuovi dispositivi mobili come telefoni, tablet e persino tastiere e cuffie.

Molti dispositivi e sistemi di ricarica sono stati progettati secondo una precedente specifica USB PD che supportava esigenze di potenza fino a 100 W. Questo è ora considerato il range di potenza standard (SPR) per l'USB, mentre l'EPR supporta fino a 240 W. Anche se il BQ25756 di TI supporta applicazioni che vanno oltre l'USB-C PD, è difficile non essere soddisfatti per il potenziale di sfruttamento di questa specifica sempre più diffusa.

I progettisti che prevedono caricabatterie più universali devono comunque fare i conti con il fatto che i diversi dispositivi utilizzano batterie con un numero di celle e requisiti di tensione molto diversi. È qui che il controller di carica buck/boost di TI svolge un ruolo fondamentale.

Quando un dispositivo è in carica, un caricabatterie buck/boost può ridurre (step down) la tensione della sorgente se è superiore a quella della batteria o aumentarla (step up) in caso contrario. Il BQ25756 offre una carica ad alta efficienza su un ampio intervallo di tensioni con un'elevata precisione, una regolazione della tensione di carica dello 0,5% e una regolazione della corrente di carica di ±0,3%. Funziona in modalità di carica controllata dall'host I²C e supporta la modalità di carica autonoma grazie a limiti programmabili tramite resistenza.

Il controller di TI è inoltre dotato di inseguimento automatico del punto di massima potenza (MPPT) per la ricarica solare, garantendo prestazioni ottimali dei pannelli solari. Un caricabatterie con algoritmo MPPT trova autonomamente il punto di massima potenza (MPP) di un pannello solare in condizioni di soleggiamento variabili. L'ampio intervallo V_IN e V_OUT del controller buck/boost di TI può supportare i diversi valori di tensione di uscita di un pannello solare.

Conclusione

Il controller di carica per batterie buck/boost bidirezionale BQ25756 di TI offre l'opportunità di creare soluzioni di ricarica universali con la più alta densità di potenza per le applicazioni industriali. Il primo controller sul mercato di carica buck/boost senza compensazione, con un ingresso fino a 70 V e una tipologia di batterie fino a 14 celle, è una nuova potente opzione per i progettisti che desiderano creare una nuova generazione di caricabatterie in grado di supportare molteplici applicazioni e dispositivi.