Un contrôleur de charge de batterie abaisseur-élévateur répond aux besoins croissants en énergie

La dépendance accrue à des dispositifs plus puissants alimentés par batterie peut pousser les concepteurs de produits à créer différents chargeurs de batterie pour chaque application souhaitée. Texas Instruments (TI) propose une solution plus rentable avec un contrôleur de charge de batterie abaisseur-élévateur qui fournit une charge de batterie à haute densité de puissance sur une vaste plage de tensions. Il peut également être configuré pour une charge bidirectionnelle avec des applications standard USB Power Delivery (USB PD) à plage de puissance étendue (EPR).

Au lieu de développer des chargeurs de batterie distincts pour chaque application, les concepteurs peuvent utiliser le circuit intégré de chargeur de batterie BQ25756 de TI (Figure 1). Ce dispositif présente de vastes plages de tensions d'entrée (V_IN) et de tensions de sortie (V_OUT) qui permettent de créer des solutions de chargeurs universels à utiliser avec différents adaptateurs d'entrée et diverses configurations de batterie. Plutôt que de créer un chargeur pour une batterie de vélo électrique 36 V et un autre pour une batterie 48 V, les concepteurs peuvent développer un chargeur de batterie commun pour les deux modèles, et ainsi réduire les opérations et les coûts de conception.

Figure 1 : Contrôleur de charge de batterie abaisseur-élévateur bidirectionnel BQ25756 de Texas Instruments. (Source : Texas Instruments)

Les concepteurs peuvent tirer parti des profils de charge personnalisables intégrés au contrôleur BQ25756, adaptés aux besoins spécifiques de chaque batterie, notamment pour les nombres de cellules élevés, les hautes tensions de fonctionnement et plusieurs chimies de batterie. Ils peuvent ainsi proposer facilement des solutions pour charger la nouvelle génération de produits électrifiés et fournir la meilleure expérience de charge dans des applications aussi diverses que les smartphones, les perceuses électriques, les vélos électriques, les chargeurs portables ou encore les panneaux solaires.

Le contrôleur abaisseur-élévateur à découpage offre une plage de tensions d'entrée de fonctionnement de 4,2 V à 70 V avec prise en charge multi-chimie pour les batteries Li-Ion, Li-Po ou LiFePO₄. Pour les batteries Li-ion et LiFePO₄, le dispositif contrôle la tension de la batterie et charge la batterie en différentes phases : charge lente, précharge, charge à courant constant (CC) et charge à tension constante (CV). Le contrôleur BQ25756 est compatible avec la charge Li-ion 1 à 14 cellules ou avec les profils LiFePO₄ 1 à 16 cellules.

En mode inversé, le dispositif utilise la puissance de la batterie et régule la tension de la borne d'entrée avec une boucle de courant constant supplémentaire pour la protection, prenant en charge les profils de puissance USB PD EPR. Le profil USB PD EPR permet de développer une application dans laquelle un bloc-batterie peut fonctionner comme chargeur pour d'autres dispositifs avec des profils de charge variables — par exemple la batterie d'une tondeuse à gazon électrique chargeant l'aspirateur sans fil de l'utilisateur.

Les connecteurs de données et d'alimentation USB-C ont considérablement renforcé leur présence sur le marché lorsque Apple a annoncé en 2023 une adoption de ce format pour son iPhone 15. Peu de fabricants peuvent s'opposer au décret de la Commission européenne qui entrera en vigueur fin 2024, selon lequel seuls des adaptateurs USB-C pourront être utilisés sur les nouveaux dispositifs mobiles comme les téléphones, les tablettes et même les claviers et les casques.

De nombreux dispositifs et systèmes de charge ont été conçus conformément à une spécification USB PD plus ancienne qui prenait en charge des besoins en puissance jusqu'à 100 W. Cette valeur est désormais considérée comme la plage de puissance standard (SPR) pour l'USB, tandis que le profil EPR prend en charge jusqu'à 240 W. Alors que le BQ25756 de TI prend en charge les applications s'étendant au-delà de l'USB-C PD, difficile de ne pas s'enthousiasmer quant au potentiel de cette spécification de plus en plus courante.

Les concepteurs qui imaginent des chargeurs plus universels doivent toujours faire face à la réalité : les différents dispositifs nécessitent des batteries avec des exigences de tension et des nombres de cellules très différents. C'est là que le contrôleur de charge de batterie abaisseur-élévateur de TI joue un rôle crucial.

Lorsqu'un dispositif est en cours de charge, un chargeur de batterie abaisseur-élévateur peut abaisser la tension source si elle est supérieure à cette de la batterie, ou l'augmenter dans le cas contraire. Le BQ25756 fournit une charge haut rendement sur une vaste plage de tensions avec une haute précision, une régulation de la tension de charge de 0,5 % et une régulation du courant de charge de ±0,3 %. Il fonctionne en mode de charge contrôlé par un hôte I²C et offre également un mode de charge autonome via des limites programmables par résistance.

Le contrôleur de TI présente également une conversion optimale d'énergie (MPPT) automatique pour la charge solaire, ce qui garantit des performances optimales pour les panneaux solaires. Un chargeur de batterie avec un algorithme MPPT trouve de manière autonome le point de puissance maximum (MPP) d'un panneau solaire dans différentes conditions d'ensoleillement. Les vastes plages V_IN et V_OUT du contrôleur de charge de batterie abaisseur-élévateur de TI sont compatibles avec les valeurs de tension de sortie variables d'un panneau solaire.

Conclusion

Le contrôleur de charge de batterie abaisseur-élévateur bidirectionnel BQ25756 de TI permet de créer des solutions de charge universelles avec la plus haute densité de puissance pour les applications industrielles. Le premier contrôleur de charge abaisseur-élévateur sans compensation de l'industrie, avec une entrée jusqu'à 70 V et une plage de fonctionnement de batterie jusqu'à 14 cellules, constitue une puissante nouvelle option pour les concepteurs de produits qui cherchent à créer une nouvelle génération de chargeurs capables de prendre en charge plusieurs applications et dispositifs.