使用評估套件和Raspberry Pi板實現(xiàn)并聯(lián)電池快速充電系統(tǒng)

Franco Contadini 和 Alessandro Leonardi

評估 1S2P 架構

評估簡單的充電系統(tǒng)并測試其功能通?？梢允褂迷u估套件完成。這些套件包括所有必要的硬件和軟件應用程序，以及基于圖形用戶界面 （GUI） 的工具和 API，用于配置充電系統(tǒng)。

然而，需要多個單元的復雜系統(tǒng)相應地評估起來更加復雜。復雜系統(tǒng)可能有幾個需要表征的設備。開發(fā)人員需要編寫一些軟件代碼來讀取從不同系統(tǒng)部件生成的信號，對其進行分析并采取行動。考慮使用MAX17330的并聯(lián)電池快速充電系統(tǒng)中的兩個Li+電池。如數(shù)據(jù)資料所述，MAX17330可用于同時充電和控制兩節(jié)Li+電池。該系統(tǒng)需要兩個MAX17330 IC，每個IC管理一個Li+電池，以及一個能夠即時改變輸出電壓的降壓轉換器（如MAX20743）。

需要微控制器來配置和管理電池充電以及處理兩個IC之間的通信。因為它是系統(tǒng)測試的常用平臺，所以我們選擇了使用 Python 作為編程語言的 Raspberry Pi 板。樹莓派通過 I 管理通信2C 并記錄對評估和調試有用的重要系統(tǒng)參數(shù)，包括充電電流、電池電壓和電池充電狀態(tài) （SOC）。這些值存儲在 Excel 文件中，以便進行脫機分析。

測試 1S2P 架構

本節(jié)介紹如何測試充電器和電量計（MAX17330）。它還描述了并行充電可以預期的實際性能。為了獲得最大的靈活性和控制力，該器件由微控制器使用 I 進行編程2C.

圖1顯示了1S2P系統(tǒng)架構以及評估兩節(jié)電池并聯(lián)充電所需的連接。Raspberry Pi控制三個評估板：一個MAX20743評估板（降壓轉換器）和兩個MAX17330評估板（充電器+電量計）。數(shù)據(jù)記錄在 Excel 文件中。

圖1.使用樹莓派的 1S2P 充電系統(tǒng)評估架構。

提供基于GUI的MAX17330評估板軟件，可從MAX17330產(chǎn)品頁面的“工具和仿真”選項卡下載。它可用于生成初始化文件（.INI），使用配置向導（從器件選項卡中選擇）。INI文件包含寄存器地址/寄存器值格式的設備的寄存器初始化信息。這是微控制器用于通過寄存器配置MAX17330寄存器的文件。

MAX17330X2EVKIT數(shù)據(jù)資料詳細介紹了生成初始化文件所需的不同步驟。配置如圖2所示，用于開始并聯(lián)充電。接下來，啟用步進充電（見圖3）。圖 4 顯示了基于圖 3 中階躍充電配置的預期步進充電曲線。

圖2.配置MAX17330進行并聯(lián)充電。

圖3.啟用步進充電。

MAX20734降壓轉換器用于在需要時增加施加到兩個MAX17330評估板的電壓。MAX20734降壓轉換器根據(jù)地址0x21處的內部寄存器值改變輸出電壓。降壓轉換器可通過 I 進行控制2C;Python 中的一個類已經(jīng)編寫了這樣做。

最后，如圖5所示，MAX20743EVKIT輸出電壓分壓器修改為3 V至4.6 V輸出范圍（使用R6 = 4K7和R9 = 1K3）。

從表 1 中，我們可以提取曲線：

其中x是我們要在輸出端施加的電壓。雖然這種方法會有輕微的誤差，但它是從電壓估計寄存器所需值的好方法。

通電和初始化

當MAX17330首次連接到電池時，默認寄存器值設置強制IC進入關斷狀態(tài)。要喚醒設備，請按 PKWK 按鈕。這將縮短臨時保護MOSFET，并以這種方式喚醒MAX17330評估板。

接下來，樹莓派需要通過 I 進行通信2C 與所有三個設備。仔細初始化 I2C硬件，以避免設備地址沖突。默認情況下，兩個MAX17330評估板使用相同的I。2C 地址。第一步是更改兩個電量計之一的地址。

MAX17330具有易失性和非易失性寄存器，非易失寄存器以“n”前綴標識。這也會產(chǎn)生一對節(jié)點地址，6Ch（易失寄存器）和16h（NV寄存器）。

有兩種方法可以更改MAX17330上的器件節(jié)點地址：

? 使用 I 設置 nPackCfg NV 寄存器2CSid 字段。可以使用配置向導設置此更改。請參閱表 3。
? I2CCmd 寄存器允許動態(tài)更改 I2C總線。見表4。

為了便于使用，我們使用第二種方法來更改地址，以便可以使用相同的INI文件來初始化兩個設備。生成可由兩臺設備共享的設置可簡化設備的配置，并消除必須手動輸入地址時出現(xiàn)用戶錯誤的可能性。

圖4.基于圖3中步進充電配置的預期階躍充電曲線。

圖5.輸出電壓分壓器已修改為3 V至4.6 V的輸出范圍（R6 = 4 K7和R9 = 1 K3）。

由于兩個MAX17330器件共享相同的I2C總線，此過程要求一個器件的ALRT信號必須設置為低電平，而另一個器件設置為高電平。

MAX4數(shù)據(jù)資料中的表17330顯示了I2CCmd寄存器如何根據(jù)ALERT GPIO引腳值動態(tài)改變器件地址。在這種情況下，GoToSID 和 INcSID 字段用于更改 I2C 地址：

? 將ALRT_A邏輯設置為低
電平 ? 將ALRT_B邏輯設置為高
電平 ? 寫入 I2CCmd = 0 × 0001 → MAX17330_A地址保持在 6Ch/16h → MAX17330_B地址設置為 ECh/96h

一旦每個設備都有自己唯一的地址，整個系統(tǒng)就可以由單個微控制器控制。

這是微控制器完成 I 的腳本2C 配置。這將是系統(tǒng)初始化的一部分。

? 加載 INI 文件
?斷言ALRT_A和ALRT_B，以保持SYSP和BATTP之間的路徑打開
?閱讀VBATT_A和VBATT_B
? VMAX = 最大值（VBATT_A、VBATT_B）
? 設置 VOUT = VMAX + 50 mV
? 發(fā)布ALRT_A和ALRT_B
? 設置 nProtCfg.OvrdEn = 0 以使用 ALRT 作為輸出

請參閱表 6。

非易失性空間中的某些寄存器需要重新啟動固件才能使更改生效。因此，需要執(zhí)行以下步驟：

?斷言Config2.POR_CMD重新啟動固件

請參閱表 7。

接下來，我們需要啟用充電器的中斷：

? set （Config.Aen 和 Config.Caen） = 1

請參閱表 8。

現(xiàn)在設備已初始化。

記錄數(shù)據(jù)和中斷

我們需要能夠讀取寄存器以記錄數(shù)據(jù)并檢查是否在警報 GPIO 行上生成了中斷。我們可以使用此腳本：

設置 500 毫秒定時器
? VMIN = 最小值 （VBATT_A， VBATT_B）
? Vsys_min = nVEmpty[15：7]
? 交叉充電 = 假
? 如果 （VMIN VMIN + 400 mV 和 ！交叉充電）
確定要阻止的電池以避免交叉充電
配置2.塊Dis = 1
還
配置2.塊Dis = 0
如果低電量遠低于高電池電量，則允許放電

見表9、10和11。

當ALRT從MAX17330置位時，主機將執(zhí)行以下操作：

讀取狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)
如果設置
了 Status.CA 讀取 ChgStat 寄存器
如果 ChgStat.Dropout = 1 →增加 V外
如果 （ChgStat.CP 或 ChgStat.CT） = 1 →減少 V外
清除 Status.CA

見表12和表13。

圖6顯示了從記錄數(shù)據(jù)（Excel文件）中提取的并行充電圖。請注意它如何遵循步進充電配置文件。

FProtStat 寄存器

圖6.平行充電圖。

或者，一旦器件從恒流（CC）階段移動到恒壓（CV）階段，降壓轉換器產(chǎn)生的電壓可以降低如下：

?如果 VBATT = 充電電壓
閱讀 ChgStat 注冊
如果 ChgStat.CV = 1 →降低 VOUT，直到 VPCK = 充電電壓 + 25 mV

這些是管理 1S2P 充電配置所需的所有步驟。MAX17330用戶代碼中包括.zip用于配置降壓轉換器（MAX20743）以及充電器和電量計（MAX17330）的Python代碼。它還包括Excel數(shù)據(jù)日志，用于捕獲重要的充電參數(shù)并評估步進充電曲線。通過管理MAX17330產(chǎn)生的報警信號，微控制器使MAX17330的線性充電器接近壓差，從而最大限度地降低功耗，從而允許高充電電流。使用MAX17330的電池組存儲上主微控制器實現(xiàn)高效快速充電所需的已安裝電池的參數(shù)。這使得OEM廠商可以用更簡單、更便宜的降壓轉換器替換標準充電器IC器件，而不會影響性能或可靠性。

結論

設備充電時間是最重要的用戶體驗考慮因素之一。使用MAX17330這樣的降壓轉換器可以有效地管理非常高的電流，從而縮短小尺寸IC封裝的充電時間。支持極高電流并聯(lián)充電的能力，例如使用兩個MAX17330，使開發(fā)人員能夠以安全可靠的方式為多節(jié)電池充電，將充電時間降至最低。

審核編輯：郭婷