TIDA-010216

Diseño de referencia de batería de 16 s con control MOSFET de lado bajo para aplicaciones de gran ca

TIDA-010216

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Información general

Este diseño de referencia es un paquete de baterías de iones de litio (Li-ion) LiFePO4 de 16s con bajo consumo de corriente en modo de espera y de navegación y alta precisión de tensión de celda. El diseño supervisa la tensión de cada celda, la corriente del paquete, la temperatura de la celda y del transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) con gran precisión y protege el paquete de baterías de Li-ion y LiFePO4 contra sobretensión de celda, subtensión de celda, sobretemperatura, sobrecorriente de carga y descarga y situaciones de cortocircuito de descarga. Cinco pares de arquitectura MOSFET de canal N de lado bajo se unen con una gran capacidad de encendido y apagado que permite al diseño soportar una mayor corriente de carga y descarga. A través de una eficiente estrategia de alimentación auxiliar, este diseño de referencia logra un consumo de 100 μA en modo de espera y 10 μA en modo de carga, lo que ahorra más energía y permite prolongar el tiempo de carga y de espera. Estas características hacen que este diseño de referencia sea aplicable a unidades de respaldo de baterías (BBU) de telecomunicaciones y servidores, sistemas residenciales de almacenamiento de energía (ESS), motocicletas eléctricas, centrales eléctricas portátiles y otras aplicaciones de paquetes de baterías de alta capacidad.

Funciones
  • Bajo consumo de corriente:
    • 100 μA típico en modo espera
    • 10 μA típico en modo de envío
  • Gran precisión del voltaje de la celda sin necesidad de calibraciones
    • ±5 mV a 25 °C
    • ±10 mV a 0 °C-60 °C
    • ±15 mV a –40 °C to 85 °C
  • La robusta protección de la celda de la batería incluye sobretensión de celda, subtensión de celda, descarga de sobrecorriente de dos niveles, carga de sobrecorriente, cortocircuito de descarga y sobretemperatura
  • Otras protecciones del sistema incluyen cable abierto de celda y vigilancia térmica del host, fallo del bus CAN, cortocircuito de MOSFET de carga y descarga
  • MOSFET de canal N de lado bajo y fuerte capacidad de conducción.
Industrial
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Se desarrolló una placa completamente integrada únicamente para pruebas y validación de rendimiento y no está disponible para la venta.

Archivos de diseño y productos

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Descargue archivos de sistema listos para usar para acelerar su proceso de diseño.

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Descripción general del diseño de referencia y datos de las pruebas de rendimiento verificadas

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Descripción detallada del diseño para la instalación de componentes

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Lista completa de componentes de diseño, designadores de referencia y números de fabricantes/piezas

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Archivos para modelos 3D o dibujos 2D de componentes de IC

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Fichero de diseño que contiene información sobre la capa física de la PCB de diseño

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Archivo de trazado de capas de PCB para generar el trazado del diseño de PCB

TIDMB13.PDF (861 KB)

Diagrama esquemático detallado del diseño y los componentes

Productos

Incluye productos de TI en el diseño y posibles alternativas.

MOSFET

CSD19536KTTMOSFET de potencia NexFET™ de 100 V y canal N, D2PAK simple, 2,4 mOhm

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Diodos de protección ESD

TPD2E007Diodo doble de protección contra ESD de 10 pF, 13 V y ±8 kV para interfaces de datos de señal AC<

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MOSFET

CSD19538Q3AMOSFET de potencia NexFET™ de 100 V y canal N, SON simple de 3 mm x 3 mm, 61 mOhm

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MSP430 microcontrollers

MSP430FR2155MCU de 24 MHz con 32 KB FRAM, 4 KB SRAM, comparador, ADC de 12 bits, UART/SPI/I2C, temporizador

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Termistores

TMP61Termistor lineal del 1 %, 10 kΩ en encapsulados 0402, 0603/0805 y de orificio pasante

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Drivers del lado de tierra

UCC27517Controlador de compuerta único canal 4-A/4-A con UVLO 5V y retardo propagación 13ns paquete SOT-23

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Reguladores lineales y de baja salida (LDO)

TPS7A24Regulador de tensión de 200 mA, 18 V, IQ ultrabaja, caída baja (LDO) con activación

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Transceptores CAN aislados

ISO1042Transceptor CAN aislado con protección contra fallos de bus de 70 V y velocidad de datos flexible

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Convertidores de CA/CC y CC/CC (FET integrado)

LM5163Convertidor DC/DC reductor síncrono con entrada de 100 V, 0.5 A e IQ ultrabaja

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Transceptores RS-485 y RS-422

THVD1400Transceptor RS-485, 3.3 V a 5 V, 500 Mbps, en encapsulado pequeño con protección IEC ESD de ±12 k

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Monitores y equilibradores de batería

BQ76952Monitor y protector de baterías de alta precisión de 3 S a 16 S para iones de litio, polímero de lit

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Drivers del lado de tierra

UCC27524AControlador de puerta de doble canal de 5 A/5 A con UVLO de 5 V, activación y manipulación de tensió

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Aisladores digitales

ISO7731Aislador digital reforzado triple canal, 2/1, con EMC resistente

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Convertidores de CA/CC y CC/CC (FET integrado)

TPS54308Convertidor reductor síncrono FCCM de 350 kHz y entrada de 4.5 V a 28 V, salida de 3 A

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Documentación técnica

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Tipo Título Descargar la versión más reciente en inglés Fecha
* Guía de diseño 16s Battery Pack Ref. Des. W/ Low-Side MOSFET Control for Large Capacity Apps. PDF | HTML 27/10/2022
Nota sobre la aplicación Using Low-Side FETs with the BQ769x2 Battery Monitor Family (Rev. A) PDF | HTML 24/02/2022
Nota sobre la aplicación Cell Balancing With BQ769x2 Battery Monitors (Rev. A) PDF | HTML 15/02/2022

Recursos de diseño

Desarrollo de software

Software de aplicación y estructura
BQSTUDIO Software Battery Management Studio (bqStudio)

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Herramienta de cálculo
LM5163-LM5164DESIGN-CALC Herramientas de diseño de inicio rápido LM5163 y LM5164 del convertidor

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