Rozwiązanie oświetleniowe zasilane energią słoneczną: wydajne ładowanie 3-ogniwowego akumulatora litowo-jonowego za pomocą Slkor SL3763

SlkorTechniczny kręgosłup firmy pochodzi z Uniwersytetu Tsinghua. Firma stawia na nowe materiały, nowe procesy i nowe produkty, doskonaląc wiodącą na świecie technologię półprzewodnikowych elementów mocy z węglika krzemu (SiC) trzeciej generacji. Slkor jest przedsiębiorstwem high-tech zajmującym się projektowaniem, rozwojem, produkcją i sprzedażą produktów elektronicznych, dostarczającym klientom niezawodne produkty i świadczącym usługi wsparcia technicznego.

1.1 Imię: Rozwiązanie do ładowania akumulatorów litowych Slkor SL3763 w trzech sekcjach

1.2 Aplikacje: Zastosowania w akumulatorach zapasowych, urządzeniach przenośnych, przenośnych instrumentach przemysłowych i medycznych, elektronarzędziach, niezależnych ładowarkach akumulatorów.

2. Kompleksowe zarządzanie ładowaniem akumulatorów litowych trzyczęściowych, prąd ładowania do 4A, zabezpieczenie przed przepięciem.

2.1 Automatyczne doładowanie

Po zakończeniu ładowania, jeśli źródło zasilania i akumulator pozostaną podłączone do ładowarki, napięcie akumulatora będzie stopniowo spadać z powodu samorozładowania lub obciążenia. Gdy napięcie akumulatora spadnie do 95.5% napięcia ładowania o stałym napięciu, SL3763 automatycznie przejdzie w tryb ładowania i rozpocznie nowy cykl ładowania. Gwarantuje to utrzymanie poziomu naładowania akumulatora powyżej 80%.

Gdy akumulator nie jest podłączony do ładowarki, układ SL3763 ładuje kondensator wyjściowy do stałego napięcia ładowania lub nieznacznie wyższego, a następnie przechodzi w stan końca ładowania. Z powodu rozładowywania kondensatora wyjściowego przez prąd roboczy pinu BAT, napięcie na pinie BAT powoli spada do progu ładowania. Układ SL3763 ponownie przechodzi w stan ładowania, powodując cykliczne przełączanie ładowarki między stanem ładowania a stanem końca ładowania. Powoduje to powstanie fali piłokształtnej na pinie BAT i wygenerowanie sygnału impulsowego wskazującego brak zainstalowanego akumulatora. Najlepiej nie podłączać akumulatora do ładowarki, gdy ta pracuje, gdyż może ona przejść w stan nieokreślony i przez krótki czas dostarczać do akumulatora duży prąd.

2.2 Prąd akumulatora w trybie uśpienia

W przypadku zaniku napięcia wejściowego lub spadku napięcia wejściowego poniżej napięcia akumulatora, układ SL3763 przechodzi w tryb uśpienia. Prąd płynący przez piny BAT i CSP wynosi około 9 µA (VBAT = 12 V).

3. Marka Slkor oferuje kompletne rozwiązania do zastosowań w ładowaniu i oświetleniu słonecznym. 

Obejmuje ona produkty do próbkowania napięcia i prądu, wzmacniacze składające się ze źródeł stałego prądu, zarządzanie ładowaniem wielokomorowych akumulatorów litowo-jonowych Slkor, różne tranzystory MOSFET Slkor do sterowania oraz fototranzystory Slkor.

4. Typowe zastosowanie układu Slkor SL3763 w 3-sekcyjnym systemie zarządzania ładowaniem akumulatorów litowych

4.1 Zasada stosowania:

Wykorzystuje układ scalony Slkor SL3763 zarządzający ładowaniem akumulatora litowego do magazynowania energii elektrycznej z zewnętrznego źródła energii słonecznej w akumulatorze litowym, umożliwiając automatyczne przełączanie między trybem dziennym a nocnym, tworząc moduł sterujący małą lampką nocną. Układ U8 to fototranzystor Slkor (SLPT0805AC). Pod wpływem silnego światła słonecznego przewodzi, automatycznie wyłączając zasilanie 5 V. W ten sposób nieodwracające wejście wzmacniacza operacyjnego Slkor SL348XT5 nie może próbkować napięcia do sterowania tranzystorem MOSFET Slkor SL3400, co powoduje wyłączenie płytki oświetleniowej. W ciągu dnia panel słoneczny ładuje akumulator litowy. W nocy, gdy oświetlenie jest słabe, układ U8 wyłącza się, włącza się napięcie 5 V, a akumulator litowy zasila płytkę oświetleniową J2.

4.2 Rysunek 1 Przedstawia układ ładowania akumulatorów litowych Slkor. Użytkownicy mogą zaprojektować stałą wartość prądu ładowania zgodnie z kartą katalogową. R1 to rezystor ładowania, 40 mΩ, co przekłada się na prąd ładowania 3 A (120 mV / 40 mΩ). Slkor SL4435 to tranzystor MOSFET z kanałem P o rezystancji przewodzenia wynoszącej zaledwie 30 mΩ przy napięciu bramki 4.5 V, napięciu wytrzymywanym 30 V i maksymalnym prądzie 10 A, co czyni go idealnym do przełączania po stronie wysokiego napięcia. Układ SS56 wykorzystuje również diodę Schottky'ego Slkor o prądzie prostowania 5 A i napięciu wstecznym 60 V, co jest bardzo przydatne w zastosowaniach niskonapięciowych.

4.3 Rysunek 2 Wykorzystuje tranzystor MOSFET Slkor SL2305S o maksymalnym prądzie 4 A i typowej rezystancji przewodzenia poniżej 45 mΩ przy sygnale sterującym bramką 4.5 V, w obudowie SOT23. Ze względu na bardzo niską rezystancję wewnętrzną, doskonale nadaje się do zastosowań przełączających. Układ realizuje również przełączanie mocy.

4.4 Rysunek 3 Wykorzystuje układ Slkor LM2596S-5.0, układ obniżający napięcie DC-DC o stałym napięciu wyjściowym 5 V. Zakres napięcia wejściowego wynosi 5–30 V i wymaga bardzo niewielu komponentów zewnętrznych. Użytkownicy mogą zbudować układ zgodnie z kartą katalogową.

4.5 Rysunek 4 Przedstawia układ sterowania płytką świetlną. Układ wykorzystuje wzmacniacz operacyjny Slkor SL348XT5. Ten wzmacniacz operacyjny charakteryzuje się wejściem i wyjściem typu rail-to-rail z niską prędkością narastania sygnału, co czyni go idealnym do zastosowań w akwizycji i wzmacnianiu sygnałów. Maksymalny prąd wyjściowy wzmacniacza operacyjnego wynosi 40 mA, a tym samym bezpośrednio steruje on tranzystorem MOSFET Slkor SL3400, tworząc obwód źródła prądu stałego. Jasność światła można regulować poprzez regulację wartości rezystora R19. Tranzystor MOSFET Slkor SL3400 charakteryzuje się maksymalnym napięciem wytrzymywanym 30 V i prądem znamionowym 5.8 A. Jest on dostępny w obudowie SOT-23. Jego napięcie progowe VGS wynosi 0.9 V, co czyni go idealnym do zastosowań w układach sterowania niskonapięciowego, takich jak sterowanie PWM, zarządzanie energią i przełączanie obciążeń.

4.6 Rysunek 5 pokazuje, że pod wpływem silnego światła fototranzystor Slkor SLPT0805AC-LB1 przewodzi, a Q7 wyłącza się, co powoduje automatyczne wyłączenie panelu światła słonecznego w ciągu dnia.

Ten układ wykorzystuje kluczowy komponent Slkor SLPT0805AC-LB1. Jest to czujnik światłoczuły o wysokiej czułości na podczerwień LED, w obudowie do montażu powierzchniowego. Jest mały, wysoce niezawodny, energooszczędny, przyjazny dla środowiska i ma szeroki zakres zastosowań. Nadaje się do różnych produktów oświetleniowych sterowanych światłem, takich jak małe lampki nocne.

5. Poniżej znajduje się płytka demonstracyjna do ładowania baterii litowej Slkor SL3763

5.1 Sugestie dla inżynierów z aplikacji Slkor:

Dobry projekt płytki PCB ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia prawidłowego działania układu SL3763, redukcji promieniowania elektromagnetycznego i poprawy wydajności konwersji. W przypadku układu przedstawionego na rysunku 1, należy wziąć pod uwagę następujące kwestie podczas projektowania płytki PCB:

(1) Zacisk dodatni kondensatora filtru wejściowego powinien znajdować się blisko źródła tranzystora MOSFET z kanałem P.
(2) Dioda D1 musi znajdować się blisko cewki; rezystor pomiaru prądu musi znajdować się blisko cewki.
(3) Kondensator wyjściowy musi znajdować się blisko rezystora czujnika prądu.
(4) Ślady kondensatora filtru wejściowego, tranzystora MOSFET z kanałem P, diody D1, cewki indukcyjnej, rezystora pomiaru prądu i kondensatora filtru wyjściowego powinny być jak najkrótsze.
(5) Połączenie uziemienia elementów kompensacji pętli na pinie GND i pinie COM układu SL3763 powinno być podłączone oddzielnie do masy systemu, aby uniknąć zakłóceń przełączania wpływających na stabilność pętli. Zacisk uziemienia kondensatora wejściowego, anody diody D2 i zacisku uziemienia kondensatora wyjściowego należy najpierw podłączyć do tego samego obszaru miedzianego, a następnie ponownie do masy systemu. Ten punkt jest bardzo ważny dla zapewnienia prawidłowej pracy układu SL3763.
(6) Umiejscowienie rezystora pomiaru prądu R1 powinno zapewnić stosunkowo krótkie połączenia między pinem CSP i pinem BAT układu scalonego a R1. Połączenia między pinem CSP i pinem BAT a R1 powinny znajdować się na tej samej warstwie, a odległość między nimi powinna być jak najmniejsza. Aby zapewnić dokładność detekcji prądu ładowania, pin CSP i pin BAT powinny być podłączone bezpośrednio do rezystora pomiaru prądu.

6. Informacje dotyczące specyfikacji BOM płytki demonstracyjnej Slkor SL3763 są następujące:

Slkor  dostarcza odpowiednie tablice DEMO dla klientów końcowych i dystrybutorów, aby ułatwić korzystanie z nowych produktów marki „Slkor” i usprawnić obsługę techniczną klientów.