常见的车载充电应用电路分析对比

电子发烧友网2019-12-02 16:23:32


常规用于汽车电瓶(轿车12V, 卡车24V)供电的车载充电器, 大量使用在各种便携式、手持式设备的锂电池充电领域, 诸如: 手机, PDA, GPS等;


车充既要考虑锂电池充电的实际需求(恒压CV,恒流CC,过压保护OVP),又要兼顾车载电瓶的恶劣环境(瞬态尖峰电压,系统开关噪声干扰,EMI等);因此车充方案选取的电源管理IC必须同时满足:耐高压,高效率,高可靠性,低频率(有利于EMI的设计)的开关电源芯片;通俗讲就是要求“皮实”。


常见的车充方案简介如下:


[1] 单片34063实现的低端车充方案示意图

优点:低成本

缺点:

(1) 可靠性差,功能单一;没有过温度保护,短路保护等安全性措施;

(2) 输出虽然是直流电压,但控制输出恒流充电电流的方式为最大开关电流峰值限制,精度不够高;

(3) 由于34063为1.5A开关电流PWM+PFM模式(内部没有误差放大器),其车充方案输出直流电压电流的纹波比较大,不够纯净;输出电流能力也非常有限;(常见于300ma~600ma之间的低端车充方案中)


[2] 34063+NPN(NMOS)实现扩流的车充方案示意图

优点:在[1]方案的基础上扩流来满足不断增长的充电电流能力的需求;

缺点:同样存在[1]方案中类似的不足;


[3] 用2576+358+稳压管的方案示意图

优点:

(1) 由于2576内置过流保护、过温度保护等安全措施,结合358(双运放)来实现输出恒压CV,恒流CC,过压保护OVP等功能;实现了可靠、安全、完善的锂电池充电方案;

(2) 由于2576为固定52K PWM变换器,使得车充的EMI设计相对容易;

(3) 由于2576和358均为40V高压双极工艺制造,更加“皮实”;

(4) 这种方案常用在0.8A ~ 1.5A左右的车充中;


缺点:

(1) 系统相对复杂,成本较高;

(2) 恒流CC和过压保护OVP是通过358的输出去控制2576的EN来实现的,因此充电电流有比较大的纹波,CC和OVP的响应速度也不够快(是通过切换2576是否工作来实现的);


[4] XLSEMI设计单片车充IC XL4002示意图

基于车充领域的系统需求,上海芯龙半导体有限公司提供专用于车充方案的系列单片IC;内部除了常规的过流保护,过温度保护,输出短路保护外,还内置了专用于锂电池充电的CV,CC,OVP;相当于把[3]方案中的2576+358+稳压管等功能模块全部集成到一颗IC中;


优点:除了具有[3]方案中对应的优点外,还有:

(1) 专用于车充的全集成方案,系统成本低,可靠性高;

(2) IC内部CV,CC,OVP都是通过控制PWM实现的;因此,输出电压,输出电流,输出过压保护的精度更高,响应速度很快;

(3) 芯龙提供充电电流在0A ~ 3A之间车充的一系列高性价比产品;


缺点:

(1)工作频率低(52KHz),外接电感大(100uH);

(2)外围元件复杂,外接肖特基二极管;

(3)工作效率低(《90%)


[5] 5202单片车充IC 方案


优点:除了具有[34]方案中对应的优点外,还有:


(1)工作频率高(340KHz),外接电感小(10uH);

(2)外围元件简单,内置肖特基二极管;

(3)内置开关MOSFET 内阻小(〈130mΩ) 工作效率高(〉90%)


小结:

本文介绍了车载充电器的几种充电电路方案,单片34063方案成本;34063+NPNNMOS)实现扩流的车充方案可以满足不断增长的充电电流能力的需求;用2576+358+稳压管的方案实现了可靠、安全、完善的锂电池充电方案。


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