증가하는 전력 수요를 충족하는 벅-부스트 배터리 충전 컨트롤러

더욱 강력한 배터리 구동 장치에 대한 의존도가 높아지면서, 제품 설계자가 각 응용 제품에 따라 다양한 배터리 충전기를 만들어내야 하는 경우가 발생할 수 있습니다. Texas Instruments(TI)는 광범위한 전압 범위에서 고출력 밀도 배터리 충전을 제공하는 벅-부스트 배터리 충전 컨트롤러를 통해 보다 효율적인 솔루션을 제공합니다. 이는 또한 USB 전력 공급(USB PD) 확장 출력 범위(EPR) 표준 응용 제품을 사용하여 양방향 충전이 가능하도록 구성 가능합니다.

설계자는 모든 응용 제품에 대해 별도의 배터리 충전기를 개발하는 대신, 넓은 전압 입력(V_IN) 및 전압 출력(V_OUT)을 지원하는 TI의 BQ25756(그림 1) 배터리 충전기 집적 회로(IC)를 활용하여 다양한 입력 어댑터 및 배터리 구성에 사용할 수 있는 범용 충전기 솔루션을 제작할 수 있습니다. 36V 전기 자전거 배터리용 충전기와 48V 배터리용 충전기를 따로 만드는 대신, 두 모델에 공통으로 사용할 수 있는 배터리 충전기를 개발하여 설계 반복과 비용을 줄일 수 있습니다.

그림 1: Texas Instruments BQ25756 양방향 벅-부스트 배터리 충전 컨트롤러. (출처: Texas Instruments)

설계자는 높은 셀 수, 높은 작동 전압, 다양한 배터리 화학 물질 등 각 배터리의 특정 요구 사항에 맞는 BQ25756 사용자 맞춤형 온보드 충전 프로파일을 활용할 수 있습니다. 차세대 전기 제품 충전을 위한 손쉬운 전환을 지원하여, 스마트폰, 전동 드릴, 전기 자전거, 휴대용 충전기, 태양광 패널 등 다양한 응용 제품에 걸쳐 최고의 충전 경험을 제공할 수 있습니다.

스위치 모드 벅 부스트 컨트롤러는 4.2V ~ 70V의 입력 전압 작동 범위와, 리튬 이온, 리튬 폴리머 또는 LiFePO₄ 배터리에 대한 다중 화학 물질 지원을 제공합니다. 리튬 이온 및 LiFePO₄ 화학 물질의 경우, 이 장치는 배터리 전압을 확인하고 세류 충전, 사전 충전, 정전류(CC) 충전, 정전압(CV) 충전 등 다양한 위상으로 배터리를 충전합니다. BQ25756은 1셀 ~ 14셀 리튬 이온 충전 또는 1셀 ~ 16셀 LiFePO₄ 프로파일을 지원합니다.

역방향 모드에서 이 장치는 배터리에서 전력을 끌어오며, 보호를 위해 추가된 정전류 루프를 통해 입력 단자 전압을 조절하여 USB-PD EPR 전력 프로파일을 지원합니다. USB PD EPR을 사용하면, 배터리 팩이 다양한 충전 프로파일을 통해 다른 장치의 보조 배터리로 작동할 수 있는 응용 제품을 개발할 수 있습니다(예: 전동 예초기 배터리가 무선 진공 청소기를 충전).

USB-C 전원 및 데이터 커넥터는 2023년 Apple이 iPhone 15 모델에 해당 형식을 채택할 것이라고 발표하면서 시장 점유율이 크게 높아졌습니다. 휴대폰, 태블릿, 심지어 키보드와 헤드셋과 같은 새로운 모바일 장치에서 USB-C 어댑터만 사용할 수 있도록 하는 유럽연합 집행위원회의 2024년 말 규정을 감당할 수 있는 제조업체는 거의 없습니다.

많은 장치와 충전 시스템은 최대 100W의 전력을 지원하는 이전 USB PD 사양으로 설계되었습니다. 이는 현재 USB의 표준 출력 범위(SPR)로 간주되는데, EPR은 최대 240W를 지원합니다. TI BQ25756은 USB-C PD 이상의 응용 제품을 지원하므로, 점점 더 보편화되고 있는 이 사양을 활용할 수 있는 잠재력이 매우 기대되는 바입니다.

보다 범용적인 충전기를 개발하려는 설계자는 여전히 다양한 장치에서 셀 수와 전압 요구 사항이 서로 매우 다른 배터리를 사용해야 하는 현실적인 문제를 해결해야 합니다. 바로 이 부분에서 TI 벅-부스트 배터리 충전 컨트롤러가 중요한 역할을 합니다.

장치가 충전 중일 때, 벅-부스트 배터리 충전기는 소스 전압이 배터리보다 높은 경우 소스 전압을 벅(강압)하고, 그렇지 않은 경우 소스 전압을 부스트(승압)합니다. BQ25756은 높은 정확도, 0.5% 충전 전압 조정 및 ±0.3% 충전 전류 조정으로 넓은 전압 범위에서 고효율 충전을 제공합니다. I²C 호스트 제어 충전 모드에서 작동하며, 저항기에서 프로그래밍이 가능한 제한을 통해 독립형 충전 모드를 지원합니다.

또한 이 TI 컨트롤러는 태양광 충전을 위한 자동 최대 전력 지점 추적(MPPT) 기능을 갖추고 있어 태양광 패널의 성능을 최적으로 보장합니다. MPPT 알고리즘이 적용된 배터리 충전기는 다양한 일조 조건에서 태양광 패널의 최대 전력 지점(MPP)을 자율적으로 찾습니다. TI 벅-부스트 배터리 충전기 컨트롤러의 광범위한 V_IN 및 V_OUT 범위는 태양광 패널의 다양한 출력 전압 값을 지원할 수 있습니다.

결론

TI의 BQ25756 양방향 벅-부스트 배터리 충전 컨트롤러를 사용하면, 산업용 응용 제품을 위한 최고 전력 밀도의 범용 충전 솔루션을 설계할 수 있습니다. 최대 70V 입력과 최대 14셀 배터리 작동 범위를 지원하는 업계 최초의 무보상 벅 부스트 충전 컨트롤러는 여러 응용 제품과 장치를 지원할 수 있는 차세대 충전기를 만들려는 제품 설계자에게 강력하고 새로운 옵션을 제공합니다.